STUDIUL LEMNULUI

STRUCTURA LEMNULUI Lemnul este un material extrem de complex, în alcătuirea căruia intră părţi mari, vizibile cu ochiul liber, şi elemente şi formaţii anatomice, care pot fi puse în evidenţă doar prin examinarea microscopică. Structura lemnului reprezintă ansamblul părţilor mari componente, ca şi al elementelor şi formaţiilor anatomice din care acesta este alcătuit, toate având caracteristice anumite forme, mărimi, proporţii şi moduri de asociere şi fiind determinate de factori genetici şi de mediu, care îşi pun amprenta asupra existenţei generale a arborilor. Cunoaşterea structurii lemnului se poate realiza prin observaţii întreprinse cu ajutorul simţurilor, mai ales cu cel al văzului, precum şi cu alte mijloace. În funcţie de mijloacele de observare utilizate, se deosebesc următoarele categorii de structură a lemnului:

- structura macroscopică, pusă în evidenţă prin examinarea lemnului cu ochiul liber sau cu o lupă cu putere de 10x (imaginea obţinută prin mărire cu lupa nu trebuie să conţină elemente în plus faţă de cele vizibile cu ochiul liber);

- structura microscopică, rezultată în urma examinării lemnului cu microscoape optice;

- structura submicroscopică (fină), stabilită prin examinare cu ajutorul microscopului electronic, precum şi cu alte metode fizice (de exemplu, röntgenografia) şi chimice, moderne.

SECŢIUNI FUNDAMENTALE ŞI DERIVATE ALE LEMNULUI

Fig. 1 Secţiuni fundamentale (a) şi secţiuni derivate (b) prin lemn A – secţiune transversală; B – secţiune radială; C – secţiune tangenţială; D – secţiune semiradială; E – secţiune oblică tangenţială; F – secţiune circulară.

STRUCTURA GENERALĂ A PERETELUI CELULEI LEMNOASE

Peretele celulei lemnoase are o structură stratificată. În finalul diviziunii celulare se formează aşa numita placă celulară, care împarte celula mamă în două celule fiice. Placa celulară se transformă ulterior într-o membrană primitivă şi respectiv într-o lamelă mediană sau mijlocie (strat de lipire), acesasta din urmă separând complet şi cimentând cele două

celule. Apoi pe ambele laturi ale plăcii celulare se constituie peretele primar, care va delimita protoplasma fiecărei celule fiice. Lamela mijlocie împreună cu pereţii primari ai celulelor învecinate poartă numele de lamelă mijlocie compusă. După terminarea creşterii prin întindere a noilor celule, începe formarea peretelui secundar, care, datorită dezvoltării mari căpătate, ajunge cu timpul să constituie componenta de bază a peretelui celular şi respectiv a lemnului. La alcătuirea peretelui secundar participă trei straturi, notate cu S1, S2, S3, fiecare având particularităţi distincte. În locul protoplasmei, consumată pentru producerea materialului intrat în componenţa peretelui celular, în final rămâne lumenul (golul celular).. Spaţiile intercelulare din punctele de întâlnire a mai multor celule se numesc meaturi. Peretele celular are din loc în loc punctuaţii – porţiuni subţiate ale acestuia, prin care se realizează legătura cu celelalte celule.

Fig. 1 Structura generală a peretelui celular al celulelor lemnoase; M – lamelă mijlocie (strat de lipire); P – perete primar; S1 +S2 + S3 - perete secundar; L – lumen (gol celular); m – meat. Principalii compuşi chimici ai peretelui celular sunt: -celuloza, - lignina; - hemiceluloze; - pectina, - mici cantităţin de siliciu, - alte substanţe minerale. Principala substanţă din compoziţia chimică a peretelui celular estre celuloza. Proporţia de participare a sa, superioară la nivelul întregului perete, variază însă puternic în timpul formării peretelui, ca şi de la un strat la altul al acestuia. Placa celulară constă din compuşi pectici, amorfi, hidrofili şi foarte plastici. În celulele mature, lamela mijlocie constă îndeosebi din lignină (60-90%), alături de care se mai găsesc hemiceluloze, pectină, mici cantităţi de siliciu, alte substanţe minerale.

Peretele primar are în alcătuirea lui microfibrile celulozice, între care se depune o masă fundamentală (matrix), amorfă, care la începutuzl formării celulei este alcătuită din substanţe pectice, hemiceluloze, o mare cantitate de apă şi o serie de alte substanţe, iar mai târziu în principal din lignină. Datorită plasticităţii matrixului, dimensiunile celulelor se pot mării cu uşurinţă. În compoziţia chimică a peretelui primar, la celulele mature, ca şi în cazul lamelei mijlocii, predomină lignina.

Pe ansamblu, în final, în lamela mijlocie compusă, aproape 70 % din compoziţia sa chimică este ocupată de lignină, restul fiind celuloză (circa 10%), hemiceluloze, pectină. Fig. 2 Distribuţia principalilor compuşi chimici în straturile peretelui celular la lemnul de

răşinoase: M – lamelă mijlocie (strat de lipire); P – perete primar; S1 +S2 + S3 - perete secundar

Peretele secundar este constituit iniţial din celuloză şi hemiceluloze. Prin depunerea în continuare de microfibrile, celuloza devine, în peretele respectiv, preponderentă. În acest mod peretele secundar se îngroaşă tot mai mult, căpătând treptat o rezistenţă mecanică din ce în ce mai mare. Matrixul peretelui secundar, care înconjoară microfibrilele celulozice ca un fel de membrană, include aceleaşi substanţe ca şi cel din peretele primar. Prezenţa însă în cantităţi mari, a celulozei, face ca lignina să nu mai deţină aici primul loc în compoziţia chimică.

Structura submicroscopică (fină) a lemnului

Prin termenul de structură fină se înţeleg modalităţile de dispunere în peretele celular a catenelor macromoleculare de celuloză. Mijloacele moderne de cercetare au condus la concluzia că cele mai mici formaţii structurale ale peretelui celular sunt microfibrilele care se prezintă ca un fascicul de macromolecule de celuloză. Acestea au un diametru mediu de 60 Å Într-o microfibrilă se întâlnesc domenii cu ordonare ridicată a moleculelor de celuloză (zone cristaline), ce alternează cu domenii de dispunere haotică a acestora în spaţiul tridimensional (zone amorfe). Domeniile de ordonare ridicată se numesc micele (cristaline). Acestea sunt lungi până la 600 Å, cu formă prismatică, în secţiune de formă pătrată. Domeniile amorfe au dispunerea neordonată a macromoleculelor de celuloză sub formă de franjuri. Microfibrilele au o foarte bună coeziune longitudinală. Mai multe microfibrile reunite sub influenţa unor forţe de coeziune laterală, formează o fibrilă a cărei lăţime este de circa 1000 Å. Unităţile structurale ale peretelui celular, superioare ca mărime şi organizare fibrilelor, sunt lamelele. Numărul de lamele din alcătuirea peretelui celular depinde de stratul component al acestuia, respectiv de grosimea lui.

Spaţiile intercristaline, intermicrofibriliare şi interfibroase sunt umplute spaţial cu substanţe de încrustare amorfe (lignină, pectine), hemiceluloze, apă, diverse substanţe dizolvate.

Fig. 3 Structura submicroscopică (fină) a peretelui celular al unei fibre libriforme: 1 – cub de lemn; 2 – fibră; 3 – fibră libriformă; 4 – microfibrile; 5 – micele; 6 – celuloză amorfă; 7 – macromolecule de celuloză; 8 – unitate elementară a reţelei cristaline. Dispunerea neordonată a macromoleculelor de celuloză în cuprinsul zonelor amorfe, asociată formei unor franjuri, a condus la denumirea aşa numitei teorii a micelelor franjurate, elaborată de Frey-Wyssling, A (fig. 4). Microfibrilele constituie un adevărat schelet al pereţilor celulari. Îndepărtarea celorlalte componente (hemiceluloze, lignină) şi păstrarea acestora nu conduc la modificări importante

nici ale formei celulelor şi nici ale proprietăţilor mecanice ale pereţilor celulari ( Bonner, J., Varner, J. E., 1965).

Fig. 4 Schema structurii micelelor franjurate: 1 – zone cristaline; 2 – zone amorfe.

Orientarea microfibrilelor în peretele celular Orientarea microfibrilelor în peretele celular este predominant elicoidală şi diferă de la un strat la altul al acesteia. La începutul formării lor sunt orientate perpendicular pe axa longitudinală a celulelor. În timpul creşterii celulelor dispoziţia lor se schimbă asemănător spiralelor unui resort care se întinde.

Fig. 5 Orientarea microfibrilelor în peretele celular al traheidelor din lemnul de

răşinoase: M, M΄ - lamele mijlocii; P – perete primar; S1 – stratul exterior al peretelui secundar; S2 – stratul mijlociu al peretelui secundar; S3 – stratul interior al peretelui secundar; L – lumen.

STRUCTURA MICROSCOPICĂ A LEMNULUI

Studiul structurii lemnului efectuat cu ajutorul microscopului optic are ca obiect elementele şi formaţiile anatomice, precum şi caracterele pereţilor celulari. Acestea prezintă diferite particularităţi morfologice în concordanţă cu funcţiile îndeplinite în arborele în vegetaţie, ca şi particularităţii proprii speciei sau unor unităţi sistematice supra/sub specifice. În afară de influenţa factorilor genetici, trebuie de asemenea avută în vedere influenţa factorilor staţionali, care îşi pun şi ele amprenta asupra tuturor părţilor componente ale structurii lemnului. Se menţionează că pentru estimarea caracteristicilor anatomice, nu se dispune încă de mijloace practice de efectuare a măsurătorilor la scară mare (Nepveu, G., Guilley, E., 1997), deşi ca urmare a legăturilor directe cu proprietăţile lemnului ele prezintă o deosebită importanţă, oferind indici satisfăcători privind calitatea acestuia.

CARACTERE ALE PEREŢILOR CELULARI Caracterele pereţilor celulari sunt reprezentate de punctuaţii şi ornamentaţii.

Punctuaţii

Punctuaţiile sunt adaptări morfologice locale ale pereţilor celulari, mai mult sau mai puţin complexe, prin care se efectuează schimbul intercelular de substanţe. Cercetările întreprinse asupra punctuaţiilor, inclusiv cu ajutorul microscopului electronic, utilizat pentru prima dată în acest scop de Liesse, W. în anul 1951, au scos în evidenţă că o serie de caracteristici ale acestora pot sta la baza identificării lemnului la nivel de gen şi specie. Tipuri de punctuaţii. În funcţie de felul modificărilor locale pe care le prezintă pereţii celulari pentru realizarea schimbului de substanţe, se deosebesc mai multe tipuri de punctuaţii. Cele mai frecvente şi în acelaşi timp cele mai importante sub raportul caracteristicilor pe care le oferă pentru studiu sunt punctuaţiile simple, punctuaţiile areolate şi punctuaţiile neareolate (fig. 1). Există de asemenea punctuaţii oarbe şi punctuaţii ramiforme, care au însă o răspândire mai mică. Punctuaţiile simple (fig. 1,a) constau din două cavităţi opuse, situate în pereţii secundari ai celulelor învecinate între care se face schimbul de substanţe şi dintr-o zonă de separaţie, alcătuită din resturile pereţilor celulelor respective (pereţi primari şi lamela mijlocie), zonă străbătută de perforaţii fine (cu diametrul de circa 280 Å) şi transformată într-o diafragmă permeabilă. La o punctuaţie simplă se disting următoarele părţi: membrana (diafragma) 4, cavitatea 5, şi deschiderea 6. În cazul celulelor cu pereţi secundari groşi, cavitatea capătă forma unui canal. Deschiderea canalului poate avea mărimea constantă pe întreaga lăţime a peretelui secundar, sau poate să crească ori să se micşoreze. Punctuaţiile simple sunt caracteristice elementelor de vase, celulelor de parenchim şi fibrelor. În general, porţiunile de contact dintre celulele parenchimatice şi prozenchimatice, acestea sunt mai mari. Punctuaţiile areolate (fig. 1, b) constau, de asemenea, din două cavităţi opuse, situate în pereţii secundari ai celulelor învecinate, dar de această dată parţial acoperite de prelungiri ale pereţilor secundari, şi dintr-o zonă de separaţie, alcătuită din resturile pereţilor celulari, care însă spre deosebire de diafragma întâlnită la punctuaţiile simple, acum prezintă, central, o parte plină, de regulă mai îngroşată, sub formă de disc, denumită torus şi marginal, o membrană cu perforaţii fine, permeabilă. Denumirea punctuaţiilor respective provine de la forma de areolă, pe care prelungirea peretelui secundar o are deasupra cavităţii (areolă –

diminutiv de la latinescul ,,area", însemnând o suprafaţă circulară, bombată, perforată la mijloc). O punctuaţie areolată are, în cazul celulelor cu pereţi subţiri, următoarele părţi componente (fig. 1,b): membrana punctuaţiei, cu torusul 7, şi membrana marginală9, inelul 8, cavitatea 5, şi deschiderea 6: În cazul punctuaţiilor areolate de la celulele cu pereţii groşi (fig 1, c), apar ca părţi noi: camera 10, canalul 11, deschiderea interioară 12 şi deschiderea exterioară 13.

Fig. 1 Tipuri principale de punctuaţii: a - punctuaţie simplă; b – punctuaţie areolată cu pereţii celulari subţiri; c – punctuaţie areolată cu pereţii celulari groşi; d – punctuaţie semiareolată; 1 – lamelă mijlocie; 2 – perete primar; 3 – perete secundar; 4 – membrană ( diafragmă); 5 – cavitate; 6 – deschidere; 7 – torus; 8 – inel; 9 – membrană marginală; 10 – cameră; 11 – canal; 12 – deschidere interioară, 13 – deschidere exterioară. Punctuaţiile semiareolate (fig. 1,d) au configuraţie intermediară, prezentând două cavităţi opuse în pereţii secundari ai celulelor învecinate, una dintre cavităţi, cu marginile drepte, ca la punctuaţiile simple, iar cealaltă, parţial acoperită, ca la punctuaţiile areolate. Separaţia între cavităţi se face printr-o diafragmă permeabilă, ca la punctuaţiile simple. În componenţa punctuaţiilor semiareolate intră părţi asemănătoare acelora de la punctuaţiile simple, respectiv areolate, mai puţin torusul şi membrana marginală. Punctuaţiile semiareolate se întâlnesc frecvent la contactul între celulele de parenchim şi elementele de vase. În anumite cazuri, ca de exemplu la salcâm şi la unele specii tropicale, punctuaţiile areolate şi semiareolate au în jurul deschiderilor interioare şi exterioare prelungiri simple sau ramificate ale pereţilor secundari, datorită ornamentaţiilor respective numindu-se şi punctuaţii

franjurate. Fig. 2 Punctuaţii franjurate: 1 – punctuaţii areolate; 2 – punctuaţii semiareolate.

ORNAMENTAŢII ALE PEREŢILOR CELULARI Îngroşările elicoidale, îngroşările elicoidale ramificate şi îngroşările inelare sunt ornamentaţii în relief, de forma unor linii cu mers elicoidal , elicoidal ramificat şi inelar, constituite din microfibrile celulozice depuse pe suprafaţa dinspre lumen a peretelui celular, care contribuie la creşterea rezistenţelor mecanice ale lemnului. ele se întâlnesc în cazul unor specii foioase – la elementele de vase (ulm, salcâm, paltin, carpen), precum şi în cazul unor specii răşinoase – la traheidele axiale (tisă, duglas) şi la traheide radiale (pin silvestru, pin negru, duglas).

Fig. 3 Ornamentaţii ale pereţilor celulari,

reprezentare schematică: 1 – îngroşări elicoidale; 2 – trabecule; 3 – crasule; 4 – îngroşări callitriode; 5 – pereţi celulari cu profil dinţat la o traheidă radială cu îngroşări elicoidale neregulate.

ELEMENTELE ANATOMICE ALE LEMNULUI

Prin elementele anatomice ale lemnului se înţeleg celulele, din care în masa lemnoasă se întâlnesc numai pereţii. Celulele sunt de două tipuri după forma pe care o au: parenchimatice şi prozenchimatice. Celulele parenchimatice au pereţii subţiri şi sunt aproximativ izodiametrice, cu dimensiunile cuprinse între 0,01 şi 0,1 mm, în cazul lemnului. Celulele prozenchimatice au pereţii mai mult sau mai puţin îngroşaţi şi sunt puternic alungite, cu lungimea cuprinsă între 0,5 şi 3 (8) mm, iar diametrul de 0,01 la 0,05 mm. Corespunzător raportului între dimensiunile ce le caracterizează, poziţia lor faţă de axa longitudinală a arborelui şi funcţiile pe care le îndeplinesc, elementele anatomice ale lemnului se clasifică astfel:

a) În cazul speciilor răşinoase - celule prozenchimatice: - longitudinale: - traheide longitudinale (axiale, verticale) - traheide marginale; - transversale: - traheide transversale (radiale, de rază). - celule parenchimatice: - longitudinale. - celule de parenchim lemnos longitudinal

- celule secretoare ale canalelor rezinifere longitudinale - transversale: - celule de parenchim radial (de rază, transversal, orizontal) - celule secretoare ale canalelor rezinifere transversale

b) În cazul speciilor foioase: - celule prozenchematice: - longitudinale. - traheide vasculare - traheide circumvasculare (vasicentrice) - fibrotraheide - fibre (fibre libriforme, fibre lemnoase) - elemente de vase. - celule parenchimatice: - longitudinale. - celule de parenchim lemnos longitudinal; - celule de parenchim lemnos fusiform; - celule secretoare ale canalelor gumifere longitudinale. - transversale: - celule de parenchim radial (de rază, transversal, orizontal), - celule secretoare ale canalelor gumifere transversale.

TRAHEIDE Traheidele sunt celule puternic alungite şi închise la capete, caracteristice lemnului de răşinoase, dar se găsesc şi la lemnul de foioase. La speciile răşinoase se întâlnesc traheide longitudinale (axiale, verticale) traheide marginale şi traheide transversale (radiale, de rază, iar la speciile foioase traheide vasculare, traheide circumvasculare (vasicentrice) şi fibrotraheide. Traheide longitudinale sunt celule specifice lemnului de răşinoase, în componenţa căruia deţin o pondere covârşitoare (90-95%) În secţiune transversală au formă poligonală , de regulă cu patru laturi, dar uneori şi cu 5-6 laturi. În cuprinsul inelului anual, traheidele longitudinale sunt dispuse ordonat, în şiruri radiale. Lăţimea acestora, respectiv dimensiunea lor pe direcţie tangenţială este aproximativ constantă, în schimb grosimea, respectiv dimensiunea pe direcţie radială este variabilă. Traheidele longitudinale din zona de lemn timpuriu a inelului anual, care îndeplinesc funcţia de conducere a sevei brute au grosimea mare, lumen foarte dezvoltat. Traheidele din zona lemnului târziu, care îndeplinesc funcţia de susţinere, asemănător fibrelor de la foioase, au grosimea mică, lumen îngustat, pereţi celulari groşi. În mod obişnuit, traheidele timpurii sunt rotunjite la capetele lor iar cele târzii sunt ascuţite. Traheidele marginale sunt mult mai scurte decât traheidele axiale având unul sau mai mulţi pereţi de la capete, perpendiculari pe pereţii longitudinali şi prevăzuţi cu punctuaţiuni areolate. Ele sunt elementele de tranziţie între traheidele longitudinale şi celulele de parenchim, alături de care se întâlnesc. Sunt prezente la speciile răşinoase în ţesuturi traumatice, în apropierea canalelor rezinifere, precum şi la limita exterioară a inelelor anuale. Traheidele transversale sunt celule relativ scurte de formă uneori neregulată dispuse cu dimensiunea mare orizontal şi care intră în componenţa razelor. De regulă sunt amplasate la

marginile de sus şi de jos ale razelor şi, foarte rar în cuprinsul acestora. Pereţii traheidelor transversale pot fi netezi, sau au formă de îngroşări elicoidale neregulate sau dinţaţi. Traheidele vasculare sunt celule scurte cu pereţi transversali, dispuse cap la cap în şiruri longitudinale, în vecinătatea vaselor, la unele specii foioase. Ele constituie elemente de tranziţie între traheidele longitudinale şi elementele de vase, cărora se aseamănă. Pereţii transversali ai traheidelor vasculare nu sunt însă perforaţi, fiind prevăzuţi cu punctuaţiuni areolate. Pereţii laterali au punctuaţiuni areolate şi prezintă frecvent îngroşări elicoidale Traheidele circumvasculare sunt celule de formă oarecum neregulată mai lungi ca elementele de vase, dispuse în jurul vaselor lemnoase perfecte fără a forma şiruri longitudinale, la speciile lemnoase cu porii aşezaţi tipic inelar. Ele fac legătura între vasele lemnoase şi fibre. Traheidele circumvasculare care în urma creşterii vaselor lemnoase apar comprimate în secţiune transversală sau sunt desprinse lateral poartă numele de traheide disjunctive. Fibrotraheidele sunt celule cu pereţii groşi şi lumen mic cu capetele ascuţite, asemănându-se cu fibrele. ELEMENTE DE VASE Elementele de vase sunt celule mai mult sau mai puţin lungi, cu lumen mare, cu pereţii laterali relativ subţiri şi pereţi transversali resorbiţi parţial sau total şi care prin fuzionare, cap la cap, în direcţie longitudinală, formează traheele sau vasele lemnoase perfecte, ce servesc la circulaţia sevei brute în cazul speciilor foioase. Forma elementelor de vase în secţiune transversală este în strânsă legătură cu gruparea acestora. Se disting:

- vase unitare; - vase multiple; - vase grupate;

Pereţii transversali resorbiţi ai elementelor de vase apar ca plăci perforate, perforaţiile acestora fiind de următoarele tipuri:

- perforaţie simplă; - perforaţie multiplă, - perforaţie scalariformă; - perforaţie reticulară; - perforaţie foraminată;

Odată cu înaintarea în vârstă, elementele de vase ale unor specii se obturează, în lemnul lor apărând incluziuni, respectiv tile sau depuneri de substanţe organice Tilele sunt excrescenţe ale celulelor de parenchim longitudinal şi de parenchim de rază din jurul elementelor de vase, pătrunse în lumenul acestora din urmă prin punctuaţii. FIBRE Fibrele (fibrele libriforme, fibrele lemnoase) sunt celule lungi şi subţiri, cu pereţii în general groşi, cu lumen mic, aproape liniar, închise la capete, care constituie elemente de rezistenţă mecanică la speciile foioase. CELULE DE PARENCHIM Celulele de parenchim sunt celule puţin alungite, alteori cu toate cele trei dimensiuni aproximativ egale, cu pereţi de regulă subţiri, prevăzuţi cu punctuaţii de diferite tipuri şi care,

la arborii în picioare, în alburn, au funcţia principală de depozitare a substanţelor de rezervă, în perioada de repaus vegetativ. FORMAŢII ANATOMICE ALE LEMNULUI Formaţiile anatomice sunt componente ale structurii lemnului, în alcătuirea cărora intră mai multe celule, uneori de tipuri şi cu funcţii diferite. În această categorie se încadrează razele şi canalele rezinifere. RAZE Razele (denumite şi raze lemnoase sau raze medulare) sunt formaţii anatomice ale lemnului perpendiculare pe axa arborelui, alcătuite cu precădere din celule parenchimatice şi având ca funcţie principală conducerea radială a apei şi substanţelor nutritive şi depozitarea substanţelor de rezervă. Tipuri de raze:

- raze primare (medulare) pornesc din măduvă şi se continuă până în scoarţă; - raze secundare pornesc dintr-un inel anual oarecare de pe suprafaţa

transversală a lemnului şi se continuă până în scoarţă; - raze omogene alcătuite dintr-un singur fel de celule; - raze eterogene constituite din mai multe feluri de celule.

CANALE REZINIFERE Canalele rezinifere sunt formaţii anatomice tubulare, alcătuite din celule secretoare şi dintr-o cavitate generată schizogen, respectiv prin retragerea părţii dinspre centru a pereţilor celulelor secretoare. Tipuri de canale rezinifere:

- normale, - traumatice, - longitudinale; - transversale.

PUNGI REZINIFERE Pungile rezinifere sunt formaţii anatomice cu rolul de înmagazinare şi secreţie a oleorezinelor.

ÎNFĂŢIŞAREA FIZICĂ A LEMNULUI

1. CULOAREA La examinarea lemnului, datorită numeroşilor componenţi chimici pe care acesta îi conţine în pereţii celulari, ca şi golurile celulare, pe retina ochiului ajung radiaţii luminoase cu lungimi de undă diferite, percepute ca un ansamblu de culori, între care unele sunt dominante. Definirea pe cale organoleptică a culorii lemnului unei specii se face de regulă prin mai multe atribute, dintre care primul se referă la nuanţa dominantă, numită şi culoarea de bază, iar celelalte privesc restul nuanţelor importante observate. La lemnul vărgat (cu inele anuale evidente) îndeosebi de răşinoase, la care există o diferenţă pronunţată între aspectul zonei de

lemn timpuriu şi cel al zonei de lemn târziu, aprecierea se face având în vedere impresia dată de ambele zone, nuanţa dominantă fiind cea corespunzătoare zonei mai late. Celuloza, substanţa principală din care este alcătuit lemnul, are culoarea aproape albă, deosebirile de la o specie la alta fiind cauzată de celelalte substanţe prezente în pereţii celulari ori depozitate în golurile celulare. Speciile din ţara noastră şi în general cele din zona temperată au culori în general mai deschise, mergând de la alb (paltin de munte) până la cenuşiu-negricios (duramenul de nuc comun), în timp ce speciile tropicale au culori mai variate şi mai vii. Spre exemplu, duramenul de pernambuc (Cesalpina sp.), care iniţial are o culoare vie, portocalie, prin expunere la aer devine roşu; duramenul de abanos (Diospyros sp.) este negru. Prin culoarea normală a lemnului se înţelege culoarea lemnului sănătos, netratat, provenit de la arbori maturi, din părţi ale trunchiului fără defecte şi proaspăt doborât. Datorită acţiunii unor factori fizici, chimici şi biologici, în principal cauza oxidării şi a acţiunii radiaţiilor solare, culoarea lemnului se modifică în timp. De acest fapt se ţine cont la diagnosticarea speciilor, impunându-se ca în cazul în care eşantionul examinat este mai vechi, suprafaţa lui să fie reîmprospătată prin rindeluire. De asemenea, prin udare, lemnul uscat îşi poate căpăta culoarea avută în stare verde. În funcţie de absenţa sau prezenţa duramenului, se deosebesc specii cu lemn unicolor, la care nu există duramen (brad, molid, fag, paltini, mesteacăn,anini, tei, carpen) şi specii cu lemn bicolor, care au duramen (pini, larice, tisă,, stejari, ulmi, frasin). În cazul în care la speciile cu lemn bicolor se face o singură referire la spectrul cromatic, aceasta priveşte duramenul. Culoarea este considerată de către utilizatori un parametru calitativ esenţial pentru determinarea valorii comerciale a lemnului unui arbore, mai ales când, în raport cu forma şi dimensiunile avute, acesta urmează să fie destinat pentru obţinerea furnirului, dar şi pentru alte utilizări, ca lambriuri, parchet, panouri decorative, , tâmplărie fină, marchetărie (Janin, G. şi Mazet, J.F., 1987). Se precizează că în funcţie de aspectul final al produsului fabricat, preţul pe m3 al lemnului de dimensiuni egale şi lipsit de defecte variază după autorii citaţi între limitele 1-5. Literatura de specialitate dar şi activitatea noastră practică în producţie confirmă faptul că în pădurile noastre se întâlnesc varietăţi ale unor specii lemnoase cu lemn mai deschis la culoare decât formele obişnuite, cum este cazul cerului alb şi cerului roşu, bradul alb şi bradul roşu, precum şi a fagului cu forma sa Fagus sylvatica f.leucodermis, cu lemn alb omogen, cu inele anuale înguste de lăţime egală şi cu o proporţie redusă de inimă roşie (Georgescu, C.C., şi Dumitriu-Tătăranu, I.I., citaţi de Stănescu, V., 1979) Metode determinare cantitativă a culorii lemnului. Janin, G., şi Mazet, J. F., au elaborat o metodă de determinare cantitativă a culorii lemnului arborilor în picioare, folosind probe de creştere, de 5 respectiv 10 mm grosime, extrase cu burghiul Pressler. Probele extrase se aduc la umiditatea 12 %, se fixează cu ajutorul unui adeziv, în poziţie paralelă, distanţat una de alta, într-un suport din lemn. După ce a avut loc priza adezivului, suportul se secţionează, obţinându-se foi miniaturale de furnir, de 0,6 mm grosime, având înglobate în cuprinsul lor fâşii din probele de creştere, în număr de 4-5 în cazul probelor de creştere cu diametrul de 10 mm, sau de 8-10 în cazul probelor de creştere cu diametrul de 5 mm. Determinarea propriu-zisă a culorii se efectuează cu ajutorul unui spectrofotocolorimetru tip Colorquest, Hunterlab, cuplat la un calculator electronic. Măsurătorile permit cunoaşterea pe baze obiective a culorii lemnului speciilor forestiere şi fac posibilă realizarea de comparaţii şi clasamente, în baza unor date de ordin cantitativ, folosind scările de culori CIELAB sau HUNTER. Culorile probelor sunt definite cu ajutorul a trei indici şi anume:

- L (mărimea luminanţei sau strălucirii: 0 pentru negru şi 100 pentru alb);

- a (mărimea nuanţei de roşu sau verde: valori pozitive în direcţia roşu şi negative în direcţia verde);

- b (mărimea nuanţei de galben sau albastru: valori pozitive în direcţia galben şi negative în direcţia bleu).

Chantre, G. (1995), în cercetările sale privind culoarea lemnului de plop, foloseşte un spectrofotocolorimetru mobil MINOLTA, componentele cromatice exprimându-se în sistemul Hunterlab L,a, b. Probele examinate sunt din furnir. O altă metodă. Descrisă de Ugolev, B.N. (1986), recurge la definirea culorii folosind trei parametrii: - tonalitatea (tenta), respectiv lungimea de undă a culorii spectrale pure în mm; - strălucirea, respectiv diferenţa relativă dintre energia reflectată de lemn comparativ cu energia reflectată de corpurile negre, în %. Determinarea valorilor numerice ale acestor parametri, într-un caz dat, se efectuează prin compararea culorii suprafeţei lemnului examinat, cu imaginile unui album, special întocmit, cuprinzând diverse tonalităţi, fiecare cu diferite saturaţii şi străluciri. Factorii de influenţă privind culoarea lemnului

- vârsta arborelui şi vârsta inelului anual; - factorii ereditari şi factorii mediului înconjurător; - poziţia în trunchi a lemnului prelucrat; - originea genetică a arborelui, - acţiunea oxidantă a razelor ultraviolete; - aburirea lemnului de fag, - acţiunea apei asupra substanţelor tanate

Corelaţii între culoarea şi calitatea lemnului Culoarea poate servi la evaluarea proprietăţilor lemnului, ca şi la detectarea unor defecte ale acestuia. Astfel, lemnul de stejar destinat fabricării furnirului estetic de culoare albă este preferat celui de culoare mai închisă, iar acesta la rândul lui este preferat în construcţii pentru duritatea mai mare şi rezistenţa la solicitările mecanice. Lemnul de fag pentru derulaj este preferat de culoare mai deschisă, furnirul fiind mai puţin deformabil. Grupe de specii forestiere din România în raport cu culoarea lemnului, respectiv a alburnului (a) şi duramenului (d) (după Ghelmeziu, N.G. şi Suciu, P.N., 1959): Culoarea de bază albă:

- alb: paltin de munte; - alb-gălbui: brad, gârniţă (a), gorun (a), măr pădureţ (a), molid, paltin de câmp, pin

strob (a), plop alb (a), salcie albă (a), salcâm (a), scoruş de munte (a), stejar (a), stejar brumăriu (a), tei cu frunza mică, tisă (a);

- alb-gălbui-roşiatic: duglas verde (a), păr pădureţ, teialb, tei cu frunza mare, ulm de munte (a);

- alb-gălbiu-roz: cer (a), frasin (a); - alb-gălbui-cenuşiu: plopii negrii hibrizi P. regenerata (a), P. robusta (a) şi P. serotina

(a); - alb-roşiatic: anin alb, anin negru, cireş pădureţ, fag, mesteacăn, paltin de munte, pin

silvestru (a), plop alb (a), salcie albă (a); - alb-brun-deschis: castan comestibil (a), nuc comun (a); - alb-cenuşiu: carpen, nuc comun (a), plop negru (a), plop negru hibrid P. marilandica

(a), plop tremurător; Culoarea de bază galbenă:

- gălbui: pin silvestru v, zâmbru (a); - gălbui-trandafiriu: duglas verde (d); - gălbui-roşiatic-roz: zâmbru (d);

- gălbui-brun deschis: gârniţă (a), gorun v, stejar (a), stejar brumăriu (a), stejar roşu (a); - gălbui-brun: pin negru (d(, pin strob (d); - gălbui-brun-roşiatic: larice (a), stejar roşu (d); - gălbui-cenuşiu: pin negru (a); - galben-auriu: salcâm (d);

Culoarea de bază roşie - roşiatic: salcie albă (d); - roşiatic-roz:: frasin (d), pin silvestru (d); - roşiatic-brun: cireş pădureţ (d), pin silvestru (d), pin strob (d9, plop alb (d), salcie albă

(d); Culoarea de bază brună:

- brun-deschis: castan comestibil (d), frasin (d), ulm de câmp (a), ulm de munte (d); - brun-gălbui: gorun (d), stejar (d), tisă (d); - brun-roşiatic: gorun (d), larice (d), măr pădureţ(d), pin negru (d), scoruş de munte (d),

stejar (d), tisă (d); - brun-roz: duglas verde (d), nuc negru(d); - brun-cenuşiu: gârniţă (d), stejar brumăriu (d); - brun-cenuşiu-roşiatic: cer (d), nuc negru (d); - brun-ciocolatiu: gârniţă (d), stejar brumăriu(d), ulm de câmp (d); - brun-verzui: salcâm (d);

Culoarea de bază cenuşie: - cenuşiu, cenuşiu-albicios: nuc comun (d), plop negru (d), plop negru hibrid P.

marilandica (d); - cenuşiu-gălbui: plopii negrii hibrizi P. regenerata (d), P. robusta (d), şi P. serotina (d); - cenuşiu-brun: plop negru (d), plop negru hibrid P. marilandica (d); - cenuşiu-negricios: nuc comun (d).

Variaţia culorii lemnului speciilor forestiere (după Ghelmeziu, N. G., Suciu, P. N., 1959): Specii forestiere cu două culori:

- frasin (d): roşiatic-roz sau brun deschis; - nuc comun (a): alb-cenuşiu sau alb-brun deschis; - nuc comun (d): cenuşiu sau cenuşiu-negricios; - nuc negru (d): brun-cenuşiu-roşcat sau brun-roz; - paltin de munte:alb sau alb-r5oşiatic; - pin silvestru (a): gălbui sau alb-roşiatic; - pin strob (d): gălbui-brun sau roşiatic-brun; - plop alb (d): alb-roşiatic sau roşiatic-brun; - plop negru (d) şi plop negru hibrid P. marilandica (d): cenuşiu-albicios sau cenuşiu-

brun; - plopii negri hibrizi P. regenerata (a), P. robusta (a), şi P. serotina (a): alb-gălbui sau

alb-gălbui-cenuşiu; - salcie albă (a): alb-gălbui sau alb-gălbui-roşiatic; - tisă (d): brun-roşiatic sau brun-gălbui.

Specii forestiere cu mai mult de două culori: - duglas verde (d): galben-trandafiriu până la brun-roşcat; - gorun (a). alb-gălbui până la gălbui-brun deschis; - gorun (d): alb-gălbui până la gălbui-brun deschis; - gârniţă v: alb-gălbui până la gălbui-brun deschis; - gârniţă (d): brun-cenuşiu până la brun-ciocolatiu;

- pin negru (d): gălbui-brun până la brun-roşiatic, - pin silvestru (d): roşiatic-roz până la roşiatic-brun; - stejar (a): brun-gălbui până la gălbui-brun deschis; - stejar (d): brun-gălbui până la brun slab roşcat; - stejar brumăriu (a): alb-gălbui până la galben-brun deschis; - stejar brumăriu (d): brun-cenuşiu până la brun-ciocolatiu.

Variaţia culorii cu vârsta arborilor: - salcâm (d): brun-verzui la arborii tineri, galben-auriu la arborii maturi. Specii forestiere la care arborii prezintă dungi sau coloraţie neuniformă:

- cireş pădureţ (d): roşiatic-brun cu dungi verzui-roz sau violacee; - gârniţă (d): brun-cenuşiu până la brun-ciocolatiu, neuniform colorat; - nuc comun (d9: cenuşiu sau cenuşiu-negricios, uneori cu dungi cenuşiu-negricioase; - nuc negru (d): brun-cenuşiu-roşcat sau brun-roz, uneori vărgat; - paltin de munte: alb 8rareori alb-roşiatic), uneori cu dungi anormale negru-cenuşii; - stejar brumăriu (d): brun-cenuşiu până la brun-ciocolatiu neuniform colorat; - tisă (d): brun-roşiatic sau brun-gălbui, uneori cu dungi mai închise (negricioase); - ulm de câmp (d): brun-ciocolatiu cu nuanţe slab violacee, neuniform colorat.

Modificarea în timp a culorii sub acţiunea mediului ambiant: - aproape toate speciile, în contact cu aerul liber şi lumina solară, îşi schimbă culoarea,

pe o mică adâncime, închizându-se; - aninul alb şi aninul negru: alb-roşiatic în stare verde, portocaliu intens la suprafaţă la

puţin timp după doborâre şi brun-roşcat după învechire; - măr pădureţ (a): alb-gălbui iniţial, trandafiriu după expunere la soare; - paltin de munte: alb (rareori alb-roşiatic, prin învechire se îngălbeneşte; - scoruş de munte (d): alb-gălbui iniţial, trandafiriu după expunere la soare.

LUCIUL

Luciul reprezintă aspectul suprafeţei lemnului, generat de reflexia regulată a luminii la nivelul suprafeţei acesteia. Luciul se pune în evidenţă prin iluminarea laterală sub un unghi adecvat de incidenţă a luminii, fiind cel mai expresiv pe secţiunea radială, obţinută prin despicare sau netezire (şlefuirea este exclusă). Gradul de intensitate a luciului lemnului depinde în principal de proporţia de participare a unor elemente şi formaţii anatomice, ca raze, fibre, traheide, precum şi de orientarea în spaţiu a acestora în raport cu suprafaţa examinată. Lemnul lucios are o suprafaţă cu porozitate minimă. Gradul de intensitate a luciului este de asemenea influenţat de prezenţa substanţelor încrustante şi de umiditatea lemnului. Sub acţiunea factorilor distructivi ai mediului (oxidare, alterare cauzată de ciuperci), luciul scade treptat în intensitate până dispare complet. Luciul cel mai pronunţat este caracteristic secţiunii radiale, o contribuţie importantă în acest caz având-o razele, formaţii anatomice care de regulă reflectă bine lumina şi formează oglinzile (excepţie fac razele de anini, care, plop tremurător, care sunt mate). Urmează secţiunea tangenţială, care uneori prezintă luciu datorită lemnului târziu, iar luciul cel mai slab îl are secţiunea transversală. Luciul poate constitui un criteriu foarte relevant în cazul unor specii care se deosebesc greu una de alta în raport cu alte criterii, dar care se pot diferenţia uşor prin această însuşire. Spre exemplu lemnul de molid, care se aseamănă bine cu lemnul de brad, prezintă un luciu mai pronunţat decât acesta din urmă. După felul luciului, apreciat prin comparaţie cu luciul unor materiale mai bine cunoscute, se deosebesc:

- specii cu luciu mătăsos (pin strob, molid),

- specii cu luciu de sidef (mesteacăn). După gradul de intensitate a luciului, speciile forestiere se pot clasifica în trei categorii:

- specii cu lemn fără luciu (mat) (măr pădureţ, pin negru, plop alb, plop negru, tei); - specii cu lemn puţin lucios (brad, tisă, carpen, cireş pădureţ); - specii cu lemn lucios ( paltin, pin strob, molid, mesteacăn, stejari, frasini, ulmi,

salcâm, plop tremurător). La noi, paltinii au lemnul cu luciul cel mai pronunţat.

TEXTURA Textura reprezintă o caracteristică a suprafeţelor lemnului, rezultată ca impresie vizuală a naturii şi respectiv a mărimii, proporţiei de participare şi dispoziţiei elementelor şi formaţiilor lor anatomice. Datorită numărului mare de elemente şi formaţii anatomice care intră în alcătuirea lemnului, în general, precum şi ca urmare a variaţiei mărimii, proporţiei de participare şi dispoziţiei acestora între limite destul de largi, chiar la una şi aceeaşi specie, determinarea texturii într-un caz dat este o operaţie dificilă. Prin urmare, în practică aceasta se stabileşte în raport cu un număr de criterii relativ redus, dintre cele mai semnificative. Corespunzător terminologiei încetăţenite în literatura ştiinţifică de specialitate, textura lemnului se stabileşte prin atribute cum sunt: fină – mijlocie – grosieră; omogenă – eterogenă; uniformă – neuniformă;, cărora le corespund criterii concrete bine precizate:

- textură fină au speciile răşinoase cu traheide de lăţime mică, diferenţă redusă între lemnul timpuriu şi cel târziu, inele anuale înguste şi grad ridicat de uniformitate (tisă, larice), precum şi speciile foioase cu pori, raze, zone de fibre, şi zone de parenchim de dimensiuni mici şi cu distribuţie uniformă şi având inele anuale slab distincte sau nedistincte cu ochiul liber (nuc comun, paltin de munte, mesteacăn);

- textură grosieră au speciile foioase cu raze late, zone de fibre şi zone de parenchim bine evidente, fiecare dintre aceste formaţii structurale contrastând clar faţă de restul lemnului înconjurător (stejari, frasini, salcâm, ulmi);

- textură mijlocie au speciile cu caracteristici intermediare celor cu textură fină şi textură grosieră (pin silvestru, castan comestibil);

- textură omogenă au speciile la care zonele de lemn timpuriu şi de lemn târziu nu sunt deloc evidente, precum şi cele la care zona de lemn timpuriu se diferenţiază îndeosebi doar ca urmare a unei frecvenţa sporite a porilor, în rest lemnul format în prima parte a perioadei de vegetaţie având particularităţi structurale şi proprietăţi asemănătoare celui format ulterior (lemn târziu). Din această categorie fac parte speciile cu pori împrăştiaţi şi cele cu pori aşezaţi semiinelar;

- textură eterogenă au speciile la care zonele de lemn timpuriu şi de lemn târziu sunt bine reliefate în cuprinsul inelului anual, respectiv speciile răşinoase şi speciile foioase cu pori aşezaţi tipic inelar;

- textură uniformă şi respectiv neuniformă se apreciază mai ales în funcţie de uniformitatea inelelor anuale şi mai puţin în funcţie de particularităţile structurale şi de proprietăţile lemnului în cuprinsul inelelor anuale. Au textură uniformă tisa, laricele, textură mai mult sau mai puţin uniformă gorunul, stejarul, şi textură neuniformă duglasul verde.

Uneori textura se apreciază examinând suprafeţele nefinisate ale lemnului prin pipăit, sau observând comportarea acestuia la prelucrarea cu diferite scule, îndeosebi la tăierea cu cuţitul. Rezultatele se consideră concludente, întrucât calitatea suprafeţelor nefinisate, ca şi modul de comportare la prelucrare depind de structură. În linii mari lemnul apreciat pe baza impresiei vizuale ca având textură fină sau textură omogenă este fin atât după impresia

produsă la pipăit, cât şi după modul de prelucrare. În acest caz uneori se foloseşte şi denumirea de textură moale. Pe de altă parte, lemnul cu textură grosieră sau cu textură eterogenă este apreciat ca având textură aspră, el fiind aspru la pipăit şi prelucrându-se mai greu.

DESENUL Prin desen se înţelege imaginea dată de jocul de linii, dungi, pete şi puncte de diferite nuanţe de culoare, creată de ansamblul particularităţilor de structură pe suprafeţele produselor realizate din acest material şi caracteristică fiecărei specii lemnoase. Se precizează că imaginea oferită de secţiunea transversală, deşi considerată în literatura ştiinţifică de specialitate tipică pentru speciile forestiere, nu se încadrează în sfera noţiunii de faţă, întrucât, în practică, secţiunea respectivă se întâlneşte foarte rar la obiectele realizate din lemn, care prezintă aproape întotdeauna secţiuni longitudinale, radiale şi tangenţiale. La alcătuirea desenului participă în principal unele caractere ale structurii, cum sunt inelele anuale, zonele de lemn timpuriu, şi de lemn târziu, razele, vasele şi fibrele. În anumite cazuri, o contribuţie însemnată au, de asemenea, nodurile, prin forma, mărimea şi gruparea lor, ca şi prin buclele pe care acestea le produc, datorită devierii fibrelor.. Totodată pot participa la crearea desenului unele defecte ca de exemplu, fibra ondulată, excrescenţele, ovalitatea, excentricitatea şi canelura trunchiului. Alături de toate aceste particularităţi structurale, un rol la fel de important în realizarea desenului îl are poziţia planului de secţionare în raport cu inelele anuale. Printr-o direcţionare judicios aleasă, planul de secţionare poate asigura evidenţierea acelor elemente care îndeplinesc condiţia de a fi reprezentative în ceea ce priveşte specia şi de a avea concomitent, o valoare estetică ridicată. În lucrările de identificare macroscopică a lemnului, desenul constituie un criteriu preţios îndeosebi în cazul speciilor care oferă imagini bine reliefate, cu diferenţieri pregnante ale particularităţilor structurale. În această categorie intră speciile foioase, cum sunt nucul comun, stejarii. Frasinul, ulmii, speciile răşinoase, ca laricele şi tisa. Cu ajutorul desenului se poate totodată deosebi cu precizie grupul speciilor foioase de cel al speciilor răşinoase. Există însă şi situaţii când, pe această cale, nu se poate depăşi graniţa genului şi uneori, ce de exemplu în cazul lemnului de răşinoase, nu este posibilă stabilirea nici chiar a genului. Speciile forestiere având lemnul cu structură normală se grupează sub raportul tipurilor de desen astfel:

- specii fără desen caracteristic, la care particularităţile de structură nu ies în evidenţă, iar porii şi razele nu se disting cu ochiul liber (sălcii, plopi, tei);

- specii cu desen simplu, din linii longitudinale drepte, continui, denumit şi desen riglat sau dungat, la care pe secţiunea radială se observă zonele de lemn târziu mai late, bine conturate, ca o succesiune de benzi paralele (brad, larice, pini);

- specii cu desen din oglinzi de diferite lăţimi şi forme, la care pe secţiunea radială sunt prezente zone lucioase transversale, reprezentând razele sub formă de linii, benzi, solzi (paltini, ulmi, fag, stejari);

- specii cu desen din striaţiuni longitudinale, la care pe secţiunea radială se remarcă benzi paralele puternic striate, reprezentând vasele, ce formează lemnul timpuriu, alternând cu benzi mai netede de lemn târziu, cu striaţiuni mai rare, uneori foarte fine (cazul speciilor cu pori aşezaţi tipic inelar: stejari, ulmi, frasin, salcâm, castan comestibil);

- specii cu desene din zone curbe, mai mult sau mai puţin parabolice, date de alternanţa, pe secţiune tangenţială, a lemnului timpuriu mai deschis la culoare – în cazul speciilor răşinoase, sau a lemnului puternic striat – în cazul speciilor cu pori aşezaţi inelar, cu cea a lemnului târziu de culoare mai închisă, respectiv mai neted, contrastul dintre zone fiind foarte expresiv (brad, larice, pini, stejari, ulmi, frasin, salcâm);

- specii cu desen din linii longitudinale întrerupte, uneori combinat cu desen din zone curbe parabolice, la care pe secţiunea tangenţială se observă razele, pe de o parte, şi zonele de lemn timpuriu şi târziu, pe de altă parte. Un caz particular îl constituie desenul din lenticele întâlnit la fag, la această specie, razele, potrivit de înalte şi foarte dese, având pe secţiunea tangenţială, forma lenticulară.

Speciile forestiere având lemnul cu grupări de noduri mici din muguri dorminzi sau cu anomalii de structură se grupează sub raportul tipului de desen astfel.

- specii cu desen sub formă de ochi de pasăre, urmă de lup, urmă de pisică, coadă de păun, labă de urs, la care pe secţiunile radială sau tangenţială ale lemnului se remarcă reprezentări cum sunt cele menţionate, datorită grupării în diferite feluri a nodurilor mici, precum şi ca urmare a buclelor rezultate prin devierea fibrelor (paltini, anini, mesteacăn, plopi, frasin, ulmi);

- specii cu desen ondulat sau vălurat, denumit şi specii cu fibră creaţă, la care pe secţiunile radială sau tangenţială ale lemnului se observă zone cu fibre paralele şi uşor sinuoase, sub forma unor valuri lungi sau înguste, regulate sau neregulate, ce ies în evidenţă datorită efectelor de lumină ale părţilor lor convexe şi concave (paltin de munte, frasin);

- specii cu desen moarat sau cu ape, la care pe secţiunea radială apar fâşii paralele strălucitoare alternând cu fâşii mate, datorită devierilor combinate şi alternante ale fibrelor (păr pădureţ, tei);

- specii cu desen din zone curbe mari, largi, neregulate, uneori combinat cu desen sub formă de ochi de pasăre, generat pe secţiune radială şi tangenţială, mai ales la lemnul de buturugă, de excrescenţe mari şi neregulate, fibră încâlcită şi de noduri mici izolate sau grupate în cuiburi (nuc comun, plopi, ulmi, păr pădureţ);

MIROSUL

Mirosul este proprietatea lemnului dată de percepţia olfactivă a emisiilor volatile, generate de unele substanţe încrustate în pereţii celulari sau depozitate în golurile acestora. Lemnul verde, sănătos, proaspăt doborât, are miros. Treptat prin uscare, mirosul se atenuează, pentru ca în final să dispară au să se schimbe. Lemnul uscat îşi poate reactiva mirosul prin umezire, prin încălzire sau prin reîmprospătarea suprafeţei prin tăiere. Felul mirosului se poate aprecia prin asocierea cu mirosuri de altă provenienţă, suficient de expresive ca de exemplu:

- miros de răşină ; - miros de taninuri, - miros de coajă de nucă sau migdale; - miros de cumarine; - miros de mucegai; - miros rânced, - miros neplăcut,

Dintre speciile exotice se remarcă mirosul de santal (Santalum album) cu miros aromatic, folosit de mii de ani pentru confecţionarea de evantaie parfumate şi de beţişoare de ars, lemnul de palisandru brazilian (Dalbergia nigra) cu miros de trandafir. Intensitatea mirosului se exprimă prin termenii:

- miros puternic; - miros slab, - miros înţepător;

Gradul de persistenţă a mirosului. Miros aromatic de răşină după uscare are lemnul de zâmbru. În cazul bradului după uscare se pierde complet mirosul.

Folosirea mirosului în cazul lucrărilor de identificare a speciilor forestiere are o importanţă relativ redusă, datorită pe de o parte intensităţii sale slabe la aproape toate speciile de la noi, cât şi din cauza dificultăţilor privind definirea lui.

GUSTUL

Gustul lemnului se datorează substanţelor solubile în apă. Aflate în lemn. Gustul caracteristic diferitelor specii se determină la lemnul verde, proaspăt doborât. Gustul poate fi: acrişor, dulceag, astringent, amar, etc.

DENSITATEA

Gruparea speciilor forestiere principale pe clase de densitate: - specii cu lemn uşor: anin alb, anin negru, brad, duglas verde, molid, pin silvestru, pin

strob, plop alb, plop negru, plopi negrii hibrizi, salcie albă, tei alb, tei cu frunza mare, tei cu frunza mică, zâmbru;

- specii cu lemn potrivit de greu: castan comestibil, cireş pădureţ, larice, mălin, mesteacăn, nuc negru, paltin de munte, pin negru;

- specii cu lemn greu: cer, frasin, gârniţă, gorun, măr pădureţ, nuc comun, paltin de câmp, păr pădureţ, salcâm, stejar, stejar brumăriu, stejar roşu, tisă, ulm de câmp, ulm de munte;

DURITATEA

Duritatea se stabileşte prin apăsarea unghiei pe suprafaţa transversală a eşantionului supus observaţiei. În funcţie de rezistenţa întâmpinată la apăsare şi ţinându-se cont de rezultatul comparaţiei cu speciile cunoscute, eşantionul examinat se încadrează într-una din următoarele clase de duritate: - lemn foarte moale; - lemn moale; - lemn potrivit de tare, - lemn tare. Gruparea speciilor forestiere principale pe clase de duritate:

- specii cu lemn foarte moale: pin strob; - specii cu lemn moale: anin alb, anin negru, brad, duglas verde, larice, mălin,

mesteacăn, molid, nuc negru, pin negru, pin silvestru, pin strob, plop alb, plop negru, plopi negrii hibrizi, plop tremurător, salcie albă, tei alb, tei cu frunza mare, tei cu frunza mică, zâmbru;

- specii cu lemn potrivit de tare: castan comestibil, stejar roşu, ulm de câmp, ulm de munte;

- specii cu lemn tare: carpen, cer, cireş pădureţ, fag, frasin, gârniţă, gorun, măr pădureţ, nuc comun, paltin de câmp, paltin de munte, păr pădureţ, stejar, stejar brumăriu, tisă;

COMPOZIŢIA CHIMICĂ A LEMNULUI

Primele studii sub raport chimic privind lemnul datează de la începutul secolului al XIX-lea, aspectele cercetate iniţial fiind legate de compoziţia sa elementară. Multă vreme după acest moment, lemnul a fost considerat o simplă hidrocarbură, formată din carbon şi hidrogen, în diferite proporţii. După anii 1916-1919, prin punerea la punct a unor metode de analiză din în ce mai adecvate, au început să fie abordate noi aspecte, cu date tot mai bine fundamentate ce au asigurat de-a lungul timpului adâncirea cunoştinţelor în domeniu.

COMPOZIŢIA CHIMICĂ ELEMENTARĂ A LEMNULUI Lemnul este alcătuit dintr-o serie de substanţe organice în a căror compoziţie intră carbon (48-51 %), oxigen (41-44 %), hidrogen (6-7 %), azot (0,04-0,20 %), precum şi din substanţe minerale, proporţiile de participare fiind raportate la masa acestuia în stare absolut uscată. Azotul, prezent în cantităţi foarte reduse, se află în compuşii care se formează în stadiile timpurii ale creşterii celulelor. Când lemnul conţine alcaloizi, azotul se găseşte în cantităţi sporite. Unele date privind compoziţia elementară a lemnului sunt precizate în tabelul următor.

Compoziţia elementară, în procente, a lemnului de alburn aparţinând unor specii forestiere

Partea componentă Molid Pin Larice Stejar Fag Carbon 50,0 50,2 49,6 49,2 48,9 Oxigen 43,5 43,4 44,2 44,2 44,5 Hidrogen 6,0 6,1 5,8 5,8 5,9 Azot 0,2 0,2 0,2 0,4 0,2 Elemente minerale 0,3 0,2 0,2 0,4 0,5

Domeniul de variaţie foarte restrâns ale cantităţilor din elementele prezentate în tabel atestă faptul că, din acest punct de vedere, speciile forestiere diferă între ele într-o foarte mică măsură. Variaţia cantitativă a elementelor respective suferă însă modificări substanţiale în lemnul a cărui sănătate a avut de suferit, ca de exemplu în cazul celui atacat de putregai roşu şi de putregai alb. Cenuşa rezultată la arderea lemnului, conţine elementele chimice: calciu, potasiu, sodiu, magneziu, fier, siliciu, şi în cantităţi mici fosfor şi sulf. În proporţii limitate există de asemenea aluminiu, mangan, bor, taliu, plumb, zinc, cupru, ş.a. Simionescu, Cr. Şi colab. (1964), subliniază că analizele spectrale ale cenuşii de pin strob au pus în evidenţă existenţa a 27 elemente.

COMPONENŢII CHIMICI AI LEMNULUI

Lemnul este constituit din componenţi chimice principali şi secundari, formaţi în arbori ca urmare a activităţii lor fotosintetizante, dar şi a transformării substanţelor organice primare sintetizate. Câteva date cantitative, privind prezenţa în lemn a acestor componenţi se prezintă în tabelul următor Proporţia de participare a unor componenţi chimici în lemnul de răşinoase şi foioase

Componenţi chimici Răşinoase % Foioase % Celuloză 50-57 % 42-52 Hemiceluloze, din care:

- pentozani; - hexozani, - acizi poliuronici.

20-26 10-12 13-14 -

23-28 16-23 -

Lignină 28-34 18-27 Substanţe extractibile 5-10 5-10-0,2-1,7 cenuşă 0,2-1,7

Dacă sub raportul compoziţiei chimice elementare, aşa cum s-a văzut, datorită caracterului ei relativ uniform, lemnul putea fi apreciat ca destul de omogen, prezenţa sau

absenţa unora din aceşti componenţi, precum şi proporţiile diferite de participare a lor dau materialului lemnos în speţă o puternică notă de variabilitate. Determinarea cantitativă a componenţilor chimici ai lemnului este o operaţie dificilă. Ea rămâne însă deosebit de necesară sub raport atât ştiinţific cât şi practic, în ciuda faptului că numeroasele particularităţi specifice acestuia fac ca metodele de analiză a lui să rămână încă suficient de inexacte. Astfel, drept rezultat, structura ca şi proprietăţile fizice, mecanice şi tehnologice ale lemnului, dependente de constituţia lui chimică şi aflate sub influenţa factorilor genetici şi ai mediului înconjurător, pot fi înţelese mult mai bine. Pe de altă parte, datele privind compoziţia chimică pot permite stabilirea celor mai adecvate tehnologii de conservare, prelucrare şi ameliorare a însuşirilor lemnului.

Limitele domeniului de variaţie privind prezenţa unor componenţi chimici în lemnul câtorva specii forestiere din Carpaţii Orientali (Simionescu, Cr. Şi colab. 1964).

COMPONEŢI CHIMICI PRINCIPALI

Componenţii chimici principali ai lemnului sunt holoceluloza şi lignina. Holoceluloza reprezintă un complex de hidraţi de carbon, cu grade de polimerizare diferite. În alcătuirea sa intră celuloză, hemiceluloze şi pectină.

CELULOZA

Celuloza este un compus macromolecular, cu structură fibrilară, rezultată prin policondensarea unui număr diferit de unităţi de D-glocoză şi având formula empirică

(C6H10O5)n, în care n reprezintă gradul de polimerizare. Formula structurală a acesteia se prezintă în figura următoare.

Formula structurală a celulozei

Numărul de resturi de D-glocoză (legătura dintre două unităţi de D-glucoză se realizează prin eliminarea unei molecule de apă) este cuprins după unii autori între 300 şi 2000, iar după alţi autori poate ajunge la 5000-10000 şi chiar mai mult. După datele din literatura de specialitate, în cazul unor specii forestiere gradul de polimerizare ia următoarele valori:

- la molid 3300 după Mark, H. şi 1600-3200 după Ránby, B. G.; - la carpen 3050 după Mark, H.; - la plop tremurător şi brad circa 2500 după Heuser, E.

La molid şi fag, după Simionescu, Cr. Şi colab. (1964), gradul de polimerizare ar fi mai mare la arborii mai tineri. Masa moleculară medie a restului de D-glucoză este162. Ponderea unităţilor elementare de D-glucoză în masa celulozei este de circa 98 %. Lungimea unui rest de D-glucoză măsoară 0.515 nm, astfel că lungimea unei macromolecule de celuloză poate ajunge la 3-5 μm. Dimensiunile transversale ale macromoleculei de celuloză, după Frey-Wyssling, A., sunt 0,4x0,8 nm. În compoziţia elementară a celulozei participă carbonul (44,44 %), oxigenul (49,34 %) şi hidrogenul (6,22 %). În pereţii celulari, celuloza are rolul unei substanţe de schelet, alături de ea găsindu-se restul componenţilor lemnului, care au funcţii de substanţe liante sau de cimentare şi de substanţe încrustante. Se precizează că celuloza, în calitate de component chimic, diferă de celuloza tehnică, aceasta din urmă obţinându-se pe cale industrială, prin dezincrustarea (fierberea) lemnului şi conţinând şi unele substanţe cu care cea dintâi este asociată în pereţii celulari. Culoarea celulozei este albă. Macromoleculele de celuloză au formă de lanţ şi manifestă tendinţa de a realiza legături de hidrogen intra şi intermoleculare. Ca o consecinţă a structurii fibroase şi a legăturilor puternice de hidrogen în direcţie longitudinală, celuloza are o rezistenţă mare la tracţiune. Se remarcă faptul că legăturile chimice mult mai puternice pe direcţie longitudinală decât legăturile laterale contribuie la comportarea anizotropă a lemnului. Aşa cum s-a arătat în capitolele anterioare, mai multe macromolecule de celuloză se asociază în microfibrile, în care domeniile cu organizare ridicată (cristaline) alternează cu

domeniile mai puţin ordonate (amorfe). Raportul dintre celuloza cristalină şi celuloza amorfă poartă numele de grad de cristalinitate. Cu cât gradul de cristalinitate a celulozei este mai ridicat, cu atât rezistenţa la degradare, îndeosebi datorită alcaliilor, este mai mare. Celuloza este un compus polidispers, adică are în componenţa sa catene macromoleculare cu grade de polimerizare diferite. Pe baza analizelor întreprinse asupra preparatelor celulozice din lemn obţinute prin diferite procedee, în masa acestora au fost puse în evidenţă trei fracţiuni, denumite α, β şi γ – celuloză, cu grad de polimerizare la prima mai mare de 100, la a doua cuprins între 10 şi 100 şi la a treia mai mic de 10. Cu cât conţinutul de α – celuloză al unui preparat celulozic este mai ridicat cu atât calitatea acesteia este mai bună. La celuloza obţinută prin procedeul sulfat din lemnul unor arbori seculari din Carpaţii Orientali, Simionescu, Cr. Şi colab. (1964) au determinat următoarele valori ale conţinutului de α-celuloză: la brad 86,09 – 90,54 %; molid 84,77 -89,36 %; fag 85,77 – 90,45 %. Metodele de determinare cantitativă a celulozei se bazează pe relativa sa stabilitate faţă de diferiţi reactivi utilizaţi şi pe capacitatea celorlalţi componenţi chimici ai lemnului de a fi solubilizaţi de către aceştia. În toate cazurile au însă loc şi unele degradări ale ei, cu efect mai mare sau mai mic asupra rezultatelor. Prin proporţia sa mare în compoziţia lemnului în jur de 50 %, celuloza este cel mai important component chimic al lemnului şi prin aceasta determină în mare măsură proprietăţile fizice, mecanice şi tehnologice. Cantitatea de celuloză diferă în funcţie de specia forestieră. Astfel, speciile răşinoase au un conţinut superior de celuloză comparativ cu speciile foioase. De asemenea, lemnul târziu are un conţinut mai mare comparativ cu lemnul timpuriu. Unul dintre indicii utilizaţi pentru caracterizarea lemnului diferitelor specii forestiere este aşa numita cifră de raport celuloză/lignină. Ea exprimă gradul de participare a celulozei, în comparaţie cu lignina, în compoziţia chimică a lemnului, interesând în producţia papetară. În general cu unele excepţii, cifra de raport este mai mică de 2 la speciile răşinoase şi mai mare decât 2 la speciile foioase. Coaja arborilor şi mai cu seamă ritidomul au un conţinut de celuloză mult inferior lemnului. Celuloza este un compus foarte rezistent din punct de vedere chimic. Ea nu se dizolvă în apă şi nici în majoritatea solvenţilor organici. În contact cu acizii minerali concentraţi se dizolvă, solubilizarea fiind însoţită de hidroliză. În cadrul procesului respectiv, legăturile dintre verigile macromoleculelor de celuloză se rup, având loc descompunerea acesteia în molecule de D-glucoză constitutive. La acţiunea alcaliilor, pe lână reacţia chimică, se produce un proces de umflare. Celuloza extrasă din lemn prin diferite tratamente chimice este un produs extrem de valoros, cu multiple utilizări. Ea este larg folosită în fabricarea hârtiei şi cartoanelor. Din celuloză se obţin de asemenea etilceluloza (necesară în fabricarea peliculelor, a lacurilor şi maselor plastice, a emulgatorilor), metilceluloza (folosită ca substanţă de încleiere), nitraţii de celuloză (pentru fabricarea lacurilor, celuloidului, pulberii fără fum), acetaţii de celuloză (pentru realizarea maselor plastice, mătăsii artificiale, filmelor electroizolante), xantogenaţii de celuloză (pentru vâscoză). D-glucoza rezultată la hidroliză poate fi transformată prin fermentaţie în alcool etilic. Capacitatea ridicată de degradare hidrolitică a polizaharidelor de către ciupercile care produc putregaiul moale (cazul speciei Chaetomium globosum), pusă în evidenţă de o serie de autori (Moo-Young, M. ş.a., 1978; Varadi, J., 1972; Simionescu, Cr. Ş.a., 1990), menţionaţi de Gâzdaru, V., (1998), a condus la promovarea cercetărilor privind utilizarea acestora în procesul de valorificare pe cale fermentativă a subproduselor celulozice de provenienţă industrială.

HEMICELULOZE

Hemicelulozele sunt o grupă de polizaharide necelulozice neuniforme în ceea ce priveşte compoziţia chimică, cuprinzând pentozane (xilan, araban) cu formula empirică (C6H10O5)n şi compuşi de tip mixt (araboxilan, arabogalactan, galactomanan), având rolul de substanţe liante sau de cimentare în pereţii celulari, precum şi de substanţe de rezervă şi protecţie. Pentozanele şi hexozanele constituie rezultatul policondensării monozaharidelor cu 5 şi respectiv 6 atomi de carbon (xiloză, arabinoză, manază, galactoză), de la ceste provenindu-le şi denumirea. În pereţii celulari, hemicelulozele sunt strâns legate chimic de restul compuşilor, motiv pentru care nu pot fi extrase decât după delignificarea prealabilă a acestora. Masa moleculară a hemicelulozelor este mult mai mică decât a celulozei. Gradul de polimerizare are de regulă valoarea 150 -200, dar pot fi şi hemiceluloze la care acesta ajunge doar la 30. Lanţurile de polimeri mult mai scurte şi în acelaşi timp foarte ramificate împiedică formarea de reţele cristaline în cazul hemicelulozelor. Denumirea de hemiceluloze, dată de Schulze, F., în 1891, semnifică faptul că, spre deosebire de celuloza pe care acestea o însoţesc în pereţii celulari, ele sunt mai uşor hidrolizate cu acizi şi se pot dizolva în soluţii diluate de alcalii. De reţinut că în prezenţa soluţiilor alcaline, hemicelulozele se umflă puternic, separându-se de scheletul celulozic. Actualmente, în unele lucrări, hemicelulozele şi, alături de ele, pectinele, sunt cunoscute şi sub numele de polioze. Hemicelulozele sunt destul de bine reprezentate în lemnul speciilor forestiere. Cu un conţinut de 23-28 %, lemnul speciilor foioase este mai bogat în aceşti compuşi decât cel al speciilor răşinoase, care conţin numai 20-26 %. Limitele de variaţie ale xilanului, caracteristic speciilor foioase, mananului, caracteristic speciilor răşinoase şi galactanului, aflat în proporţii reduse în cazul ambelor categorii de specii, sunt prezentate în tabelul următor

Conţinutul de xilan, manan, şi galactan al lemnului de răşinoase şi foioase

Tipul de polizaharidă Specii răşinoase % Specii foioase Xilan 5-10 25-30 Manan 20-25 3-5 galactan 0,5-3 0,5-2

Pentozanele au în general o poziţie predominantă în totalul hemicelulozelor, proporţia care le revine apropiindu-se de jumătate în cazul speciilor răşinoase (10-12 %) şi ajungând la două treimi în cazul speciilor foioase (16-23 %). Din pentozan se prepară industrial furfurolul, un produs deosebit de important pentru obţinerea de coloranţi, mase plastice, răşini sintetice, insecticide, medicamente. Alte produse care se pot obţine din hemiceluloze, având în vedere hexozanele, sunt etanolul şi drojdiile furajere. De reţinut că zaharurile de tipul pentozelor rezultate prin hidroliza pentozanelor, spre deosebire de cele de tipul hexozelor rezultate prin hidroliza hexozanelor, nu fermentează pentru a da alcoolul etilic.

PECTINA

Pectina este un complex coloidal de polizaharide neomogene, având component principal acidul pectic, legat de obicei de araban şi galactan, prin legături de natură fizică şi chimică. Acidul pectic are forma unei catene macromoleculare filiforme, constituită din unităţi elementare de acid D-galacturonic, ale cărui grupări carboxil sunt parţial esterificate cu

alcool metilic şi parţial neutralizate cu cationi în special Ca2+ şi Mg2+. Substanţă amorfă pectina este foarte hidrofilă, conducând la umflarea lemnului în prezenţa apei. În prezenţa alcaliilor se umflă puternic, separându-se uşor de fracţiunea celulozică. Pectina intră în alcătuirea lamelei mijlocii şi, în cantităţi foarte mici, în compoziţia matrixului din pereţii celulari. Ponderea ei în ansamblul structurii pereţilor celulari descreşte în mod substanţial odată cu maturizarea celulelor şi cu prezenţa tot mai consistentă a celorlalţi compuşi chimici în cuprinsul acestora. Concomitent, din cauza creşterii proporţiei noilor compuşi, pereţii celulari îşi pierd treptat plasticitatea, devenind rigizi şi căpătând o mare rezistenţă fizico-mecanică. Conţinutul de pectină al lemnului, atât în cazul răşinoaselor , cât şi al foioaselor, este de circa 1 %.

LIGNINA

Lignina este un compus macromolecular amorf, cu caracter aromatic, complex, format din unităţi elementare fenilpropanice, monomeri care în molecula lor conţin inele benzenice. După natura şi numărul grupărilor pe care le au grefate, unităţile elementare fenilpropanice sunt numite unităţi guaiacil, siringil şi hidroxibenzoil. Din valorile privind proporţia de participare a acestor unităţi în compoziţia chimică a lemnului, se remarcă diferenţe importante între speciile răşinoase şi foioase. Structura ligninei este lipsită de regularitatea caracteristică altor polimeri naturali. Ea are caracteristică o polidispersie însemnată. Lignina este aproape cu totul insolubilă în solvenţi şi nu hidrolizează până la unităţi monomere constitutive. Din punct de vedere chimic, este mai puţin rezistentă decât celuloza. Lignina naturală se oxidează uşor, hidrolizează cu acizii, se dizolvă la încălzire în alcalii, ca şi în soluţii de acid sulfuros în apă, interacţionează cu clorul. Asocierea intimă cu celuloza şi celelalte substanţe, ca şi însuşirile ei fizice şi chimice fac ca izolarea ligninei în vederea determinărilor cantitative să conducă la modificări mai mult sau mai puţin accentuate ale ei, fapt ce se repercutează negativ asupra rezultatelor obţinute. În compoziţia elementară a ligninei se întâlnesc carbonul (circa 64 %), hidrogenul (circa 6 %), şi oxigenul (circa 30 %) Lignina constituie un produs final al metabolismului arborilor, jucând un rol extrem de important în viaţa acestora. Ea joacă un rol primordial în formarea structurii lemnului, acţionând ca un ciment intercelular şi asigurând o coeziune înaltă între microfibrilele celulozice şi hemiceluloze. Lignina este o sursă potenţială de produse fenolice pentru industria sintezelor organice, în industria cauciucului, obţinerea negrului de fum, industria pielăriei, etc

PROPRIETĂŢI FIZICE ALE LEMNULUI

UMIDITATEA

ELEMENTE GENERALE Prin umiditatea lemnului se înţelege cantitatea de apă conţinută de către acesta , exprimată în raport cu masa sa. Lemnul este în permanentă relaţie cu apa. În arborii vii pentru a se produce o tonă din acest material , este necesară o cantitate de apă de 600-700 t. După doborârea arborilor şi încorporarea sa în diverse produse , lemnul păstrează o cantitate reziduală de apă, aflată continuu sub influenţa mediului înconjurător. Având în vedere că apa constituie un factor fizic ce influenţează aproape toate proprietăţile lemnului, este necesar ca la comparaţiile privind

diversele însuşiri ale acestuia, datele puse faţă în faţă să fie stabilite în condiţii de umiditate egală. Categorii de lemn în funcţie de umiditatea conţinută. În raport de umiditatea conţinută se deosebesc mai multe categorii de lemn:

- lemn verde este lemnul arborilor în picioare sau proaspăt doborâţi, cu umiditate de peste 30 %;

- lemn ud este lemnul cu umiditate mai mare decât cea avută la doborâre, surplusul datorându-se păstrării în bazine cu apă, plutirii sau altor cauze;

- lemn uscat în aer liber (lemn uscat natural sau uscat la aer) este lemnul ţinut timp îndelungat în aer liber şi ajuns la umiditate de echilibru cu mediul înconjurător. Umiditatea lemnului uscat în aer liber depinde de umiditatea relativă a aerului atmosferic şi variază între 12 şi 15 %;

- lemn uscat artificial este lemnul care a fost supus uscării într-o instalaţie specială, pentru a atinge o umiditate de 7-12 %, mai mică decât cea realizată prin uscarea în aer liber;

- lemn absolut uscat (lemn anhidru, lemn sec) este lemnul uscat la temperatura de 103±20 c, până la evaporarea completă a apei (W=0%). Se menţionează că această stare a lemnului se poate realiza doar în condiţii de laborator şi uscând piese de dimensiuni mici.

Exprimarea umidităţii lemnului. Umiditatea lemnului este dată de raportul dintre masa apei conţinută în lemn şi masa lemnului în stare absolut uscată:

0

0m

mmwW −= [kg/kg] (1) sau

0

0m

mmwW −= . 100 [%] (2) în relaţia (1) şi (2), mw fiind masa lemnului umed şi m0 masa lemnului absolut uscat. Umiditatea lemnului dată de relaţiile (1) şi (2) este cunoscută sub denumirea de umiditate absolută. Uneori, de exemplu la determinarea conţinutului de apă din lemnul pentru mangalizare şi combustibil, se foloseşte şi noţiunea de umiditate relativă. Umiditatea relativă se determină prin raportul dintre masa apei conţinută în lemn şi masa lemnului în stare umedă, simbolurile din relaţiile (3) şi (4), având aceeaşi semnificaţie ca şi în relaţiile (1) şi (2).

0

0m

mmx

wW −= [kg/kg] (3)

0

0m

mmx

wW −= . 100 [%] (4) Făcând înlocuirile necesare , rezultă că între umiditatea absolută şi umiditatea relativă există următoarele relaţii:

x

x

WW

W−

=1

[kg/kg] sau Wx = W

W+1

[kg/kg] (5) şi (6)

respectiv:

W = x

x

WW−100.100

[%] sau Wx = W

W+100.100 [%] (7) şi (8)

În figura se reprezintă grafic legătura dintre umiditate (umiditatea absolută) şi umiditatea relativă.

Fig. Legătura dintre umiditate (umiditatea absolută) şi umiditatea relativă a lemnului (după

Beldeanu, 2008) Umiditatea absolută poate lua valori mai mari de 100 %, întrucât masa apei poate depăşi masa lemnului absolut uscat în care aceasta este conţinută.

UMIDITATEA DIN PEREŢII CELULARI Higroscopicitatea lemnului. Prezenţa apei în lemn se datorează higroscopicităţii acestuia, respectiv proprietăţii sale de a prelua şi reţine din mediul ambiant umiditate, în stare lichidă sau de vapori, prin mecanismele complexe, acţionate de forţe de natură chimică (chemisorbţiune) şi fizică, asociate cauzal elementelor din structura lemnului - pereţi celulari şi goluri. Principalul element chimic higroscopic al lemnului îl constituie hemicelulozele, compuşi care se remarcă prin aviditate accentuată pentru apă cât şi prin proporţia mare de participare a lor în masa lemnului. Comparativ cu hemicelulozele, celuloza şi mai cu seamă lignina au un caracter mai puţin hidrofil. Influenţa diferită a acestor compuşi asupra higroscopicităţii se exprimă şi prin deosebirile mari privind umiditatea de echilibru a lor în apropierea punctului de saturaţie a fibrei (47–63 % la hemiceluloze şi numai 8-23 % la lignină). Un rol important în ceea ce priveşte sorbţia umidităţii îl are suprafaţa interioară apreciabilă a lemnului. Spaţiul gol conţinut de acesta reprezintă de exemplu între 25 şi 85 % din volumul său, iar suprafaţa interioară corespunzătoare ajunge în timpul umflării la 20-280 m2/cm3 de lemn. Umiditatea din lemn este localizată în pereţii celulari, precum şi în golurile celulare şi spaţiile intercelulare. Umiditatea din pereţii celulari se poate afla în stare disociată în dipoli, legată de grupele –OH libere (apa moleculară sau de constituţie) şi în stare de vapori şi pelicule lichide. Ambele forme alcătuiesc aşa numită apă legată sau apă higroscopică. Apa din golurile celulare este în stare lichidă, numindu-se apă liberă.

Reţinerea apei disociate se face prin sorbţie moleculară (chemisorbţiune). Grupele –OH libere, la care aderă apa, după ce a suferit disocierea dipolică, se găseşte în jurul micelelor (cristalelor), dar mai cu seamă în zonele amorfe ale microfibrilelor celulozice. În fig. 2 este ilustrat grafic modul cum are loc acest proces, după Frey Wyssling, A. Se observă că grupele

–OH libere sunt încărcate cu sarcini electrice negative, iar moleculele de apă disociată prezintă un pol electropozitiv în atomii de hidrogen şi unul electronegativ în atomul de oxigen. De reţinut că apa nu pătrunde în interiorul micelelor şi nici nu intră în reacţii chimice cu acestea. Fig. 2 Sorbţia moleculară a apei disociate dipolic (după Beldeanu, 2008) Hemicelulozele au mai multe grupe –OH libere decât celuloza, fapt pentru care sunt mai avide pentru apă decât aceasta. După unii autori, sorbţia moleculară are loc până la atingerea unei umidităţi a lemnului de 3-6 %: Difuzia moleculelor de apă în cadrul sorbţiei moleculare se produce cu viteză mărită. La legarea apei disociate de grupele –OH libere, se degajă o însemnată cantitate de căldură (căldură de umflare).

Reţinerea apei sub formă de vapori şi pelicule lichide se face prin sorbţie capilară şi condensaţie capilară. Până la atingerea unei umidităţi a lemnului de circa 15 %, are loc sorbţia capilară sub formă de vapori, ca urmare a forţelor intermoleculare, după care, la valori mai mari, până la umiditatea de saturaţie a fibrei, intervine condensaţia capilară, vaporii de apă condensând în pelicule, menţinute în capilare datorită forţelor acestora. În figura 3 este prezentată variaţia umidităţii lemnului în funcţie de umiditatea relativă a aerului φ (izoterma sorbţiei lemnului), la temperatura camerei.

Fig. 3 Variaţia umidităţii lemnului în funcţie de variaţia umidităţii relative a aerului (izoterma

sorbţiei lemnului), la temperatura camerei Se remarcă faptul că la creşterea umidităţii relative a aerului de la 0 la 20%, curba variaţiei umidităţii lemnului prezintă o pantă relativ ridicată, aceasta ajungând la umiditatea

de 5 %. Ulterior, până la valori φ în jur de 70 %, când umiditatea lemnului are valori de circa 15 %, curba respectivă prezintă o pantă mai mică. La valori φ mai mari de 70 %, curba de variaţie a umidităţii aerului are din nou o pantă ridicată. Se admite că până la valori φ de 20 % (după unii chiar mai mari), ar avea loc sorbţia moleculară. Sorbţia capilară s-ar produce în intervalul cuprins între 20 şi 70 %, iar la peste 70 % ar avea loc condensaţia capilară. La o umiditate relativă a aerului de aproape 100 %, umiditatea lemnului atinge limita de higroscopicitate, care la temperatura camerei oscilează în jurul valorii de 30 %. După unii autori, umiditatea relativă a aerului la care se realizează limita de higroscopicitate, în condiţii de presiune normală, ar corespunde valorii φ = 0,9946, întrucât la valoarea φ = 1 a acesteia, umiditatea şi-ar face simţită prezenţa şi în golurile celulare. Apa legată influenţează majoritatea proprietăţilor lemnului. Umiditatea de saturaţie a fibrei Ws, cum se mai numeşte limita de higroscopicitate, este umiditatea pe care o are lemnul în momentul când toate forţele care determină sorbţia moleculară, şi sorbţia şi condensaţia capilară sunt satisfăcute. Punctul limită corespunzător umidităţii de saturaţie se numeşte punct de saturaţie a fibrei. Capacitatea de reţinere a apei fiind diferită de la o specie la alta, ca urmare a deosebirilor privind dimensiunile capilarelor şi proporţiile de participare a principalilor componenţi chimici, punctul de saturaţie al fibrei diferă şi el cu specia. Pe baza cercetărilor întreprinse asupra lemnului unor specii principale, Trendelenburg, R. şi Mayer-Wegelin, H. (1955) disting patru grupe ale acestora, fiecare având anumite valori ale indicelui respectiv:

- specii foioase cu porii împrăştiaţi în cuprinsul inelului anual (tei, salcie, plop, anin, mesteacăn, fag, carpen), având punctul de saturaţie a fibrei cuprins între 32 şi 35 %;

- specii răşinoase fără duramen (brad, molid) şi alburnul speciilor răşinoase cu duramen (30-34 %);

- specii răşinoase cu duramen (22-28 %) (valori mici corespund speciilor cu conţinut ridicat de balsam, iar cele mari speciilor cu conţinut mai redus);

- specii foioase cu porii aşezaţi inelar sau semiinelar (salcâm, castan, stejar, frasin, cireş) (22-24 %);

Punctul mediu de saturaţie a fibrei pentru speciile din zona temperată se consideră ca fiind situat între 28 şi 32 %. Obişnuit, în calcule se adoptă o valoare a acestuia de 30 % şi uneori de 28 %. La lemnul din crăci, punctul de saturaţie a fibrei are valori foarte mici (în jur de 9 %), în timp ce lemnului de rădăcină îi corespund valori foarte mari (40-50 %). Odată cu creşterea temperaturii aerului, punctul de saturaţie a fibrei se micşorează. La molid şi fag, de exemplu, acesta are valorile de 39 % la 20 0 C, de 29 % la 600 C şi de 24 % la 1000 C. În general, pentru o creştere a temperaturii de 10 C, se admite o scădere a punctului de saturaţie a fibrei de 0,1 %. Punctul de saturaţie a fibrei se micşorează, de asemenea la temperaturi negative. După date menţionate de diferiţi autori, la -220 C acesta ar avea valori cuprinse între 17 şi 21 %. Limita de higroscopicitate la speciile cu densitate redusă este mai mare, datorită unei proporţii sporite a spaţiilor în care are loc condensaţia capilară. Pe lângă specie şi temperatura aerului înconjurător, sorbţia higroscopică mai este influenţată şi de diferitele tratamente aplicate lemnului, ca şi de gradul de sănătate al acestuia. În ceea ce priveşte influenţa tratamentului termic, Kollmann, F. şi Schneider, A. precizează că în cazul lemnului de fag supus la temperaturi crescânde, până la 1800 C, se constată o scădere progresive a capacităţii sorbtive. Spre exemplu, la o durată de 6 ore a tratamentului la temperatura de 1500 C, se înregistrează o scădere a sorbţiei de 10 %; după acelaşi interval de timp, dar la temperatura de 1800 C, scăderea ajunge la circa 22 %. Creşterea duratei tratamentului termic are un efect asemănător. Astfel, în cazul expunerii

lemnului la una şi aceeaşi temperatură (1500 C), faţă de scăderea de 10 % a sorbţiei la durata de 6 ore a tratamentului, în cazul unei durate de 48 ore, scăderea ajunge la peste 20 %. De reţinut că tratamentul termic la astfel de temperaturi are drept consecinţă şi o pierdere de masă, datorită degradărilor ce3 se produc în compoziţia chimică a lemnului; pierderea în speţă este cu atât mai importantă cu cât temperatura şi durata tratamentului termic sunt mai mari. Se precizează în acest sens că, după Kollmann, F., în urma expunerii timp de 30 ore la temperaturile de 150 şi 1800 C, descreşterea masei lemnului de fag se cifrează la circa 5 % şi respectiv 28 %. O higroscopicitate mai mică are de asemenea lemnul de fag aburit, faţă de cel neaburit. În intervalul de umiditate relativă a aerului cuprins între 30 şi 92 %, lemnul densificat de fag are, comparativ cu cel nedensificat, de aceeaşi specie, o capacitate de sorbţie a umidităţii mai redusă. Până la umiditatea de 30 % a aerului, curbele de higroscopicitate sunt pentru ambele feluri de lemn asemănătoare. La umidităţi ale aerului ce depăşesc 92 %, sorbţia lemnului densificat se majorează. În ceea ce priveşte influenţa gradului de sănătate, se menţionează că, după unele cercetări (Ammer, U., 1963), în cazul atacului ciupercii xilofage Polyporus caesius, care produce putregaiul brun, higroscopicitatea lemnului se micşorează, întrucât în cazul acestei forme de putregai sunt distruse toate componentele chimice hidrofile, în timp ce lignina, mai puţin higrofilă, rămâne aproape în întregime intactă. Spre exemplu în condiţiile unei umidităţi relative a aerului de 93 %, la o pierdere de masă a lemnului atacat de 68 %, se înregistrează o diminuare a umidităţii acestuia, faţă de lemnul neatacat, de peste 5 % (16,7 % faşă de 22 %). În cazul putregaiului alb sau de coroziune, produs la fag de Polyporus versicolor, Scheffer, T.C., 1936 şi Cowling, E.B., 1961 au stabilit că la o pierdere de masă a lemnului uscat cuprinsă între 0 şi 40 %, sorbţia umidităţii nu suferă modificări, deoarece, de această dată sunt atacate aproape în aceleaşi proporţii toate componentele chimice principale. Fenomenul de histerezis al sorbţiei şi desorbţiei. Aşa după cum s-a arătat mai înainte, sub influenţa umidităţii aerului atmosferic, aflat la o anumită presiune şi temperatură, umiditatea lemnului se modifică, până când se realizează aşa numita umiditate de echilibru cu mediul înconjurător. Cu alte cuvinte orice schimbare a umidităţii aerului atmosferic atrage după sine schimbarea umidităţii lemnului: când umiditatea aerului atmosferic creşte, umiditatea lemnului creşte şi ea, având loc un proces de sorbţie, iar când aceasta scade, scade şi umiditatea lemnului, având loc un proces de desorbţie. În figura 4 se ilustrează grafic procesele de sorbţie şi desorbţie care au loc în cazul a două epruvete de lemn din aceeaşi specie, una cu umiditate scăzută şi una cu umiditate ridicată, care se trec într-o atmosferă având parametrii aerului corespunzători unei umidităţi

intermediare a lemnului şi care se menţin la un nivel constant. Fig. 4 Curbele sorbţiei şi desorbţiei la două probe de lemn din aceeaşi specie menţinute timp îndelungat într-o atmosferă cu umiditate relativă constantă. Se remarcă faptul că în urma procesului de sorbţie, umiditatea lemnului creşte, tinzând să ajungă la umiditatea stabilă de sorbţie Wss , iar în urma procesului de desorbţie umiditatea

lemnului scade, tinzând să ajungă la umiditatea stabilă de desorbţie Wsd. Studiul dinamicii higroscopicităţii lemnului pune în evidenţă faptul că în condiţii identice de temperatură şi umiditate a aerului, umiditatea lemnului are întotdeauna valori mai

mari în cazul când acesta este supus procesului de desorbţie, decât în cazul când are loc un proces de sorbţie. Fenomenul respectiv poartă denumirea de histerezis al sorbţiei şi desorbţiei, el semnificând o putere de reţinere a umidităţii mai mare la lemnul umed, comparativ cu lemnul uscat. Mărimea histerezisului este dată de relaţia:

ΔW = Wsd * Wss [%], (9)

Fenomenul de histerezis se explică prin tensiunile şi deformările ce apar în pereţii celulari ai lemnului, datorită variaţiei forţelor de presiune a vaporilor de apă din timpul umflării, provocate de sorbţia moleculară şi sorbţia capilară în faza sa iniţială (când apa din lemn este în stare de vapori). În figura 5 se redă variaţia umidităţii alburnului de pin în funcţie de umiditatea relativă a aerului. Se observă că după maximul înregistrat ca urmare a sorbţiei, în timpul desorbţiei

valorile umidităţii lemnului sunt mai mari decât cele atinse anterior pentru una şi aceeaşi umiditate relativă a aerului. Fig. 5 Izotermele sorbţiei şi desorbţiei la alburnul de pin Mărimea histerezisului sorbţiei şi desorbţiei diferă în raport cu specia, iar în cadrul speciei depinde de o serie de factori cum sunt: umiditatea până la care are loc sorbţia, temperatura la care se produce sorbţia şi desorbţia, tratamentul aplicat anterior lemnului, dimensiunile probelor de lemn, etc. La creşterea dimensiunilor probelor de lemn, valoarea histerezisului sorbţiei se măreşte. După date menţionate de Marinescu, I., (1979), spre exemplu, în cazul lemnului mărunţit (rumeguş, talaş, aşchii), histerezisul sorbţiei şi desorbţiei are valori foarte mici (ΔW = 0,1-0,2 %), în timp ce în cazul probelor cu grosimea mai mari de 15 mm şi cu lăţimea mai mare de 100 mm, acesta are o valoare de circa 2,5 %.

Umiditatea de echilibru We. Aşa după cum s-a arătat, în cazul lemnului mărunţit histerezisul este foarte mic. Ca urmare, în practică acesta poate fi neglijat. Considerând că umiditatea stabilă de sorbţie Wss şi umiditatea stabilă de desorbţie Wsd sunt egale, se poate afirma că umiditatea stabilă medie a lemnului mărunţit este practic aceeaşi, atât la sorbţie, cât şi la desorbţie. Această mărime se numeşte umiditate de echilibru. Ea se defineşte ca umiditatea către care tinde lemnul mărunţit, menţinut timp îndelungat într-o atmosferă caracterizată prin anumite valori ale temperaturii şi umidităţii relative a aerului. În figura 6, se prezintă curbele umidităţii de echilibru, determinate în funcţie de temperatura şi umiditatea relativă a aerului (izotermele de echilibru higroscopic). Cu ajutorul curbelor umidităţii de echilibru se poate determina umiditatea lemnului mărunţit, realizabilă în timpul sorbţiei la diferite temperaturi şi umidităţi ale aerului. Pentru determinarea umidităţii de echilibru a probelor de dimensiuni mari, trebuie luată în considerare mărimea histerezisului. Curbele umidităţii de echilibru sunt variabile pentru cea mai mare parte a speciilor forestiere. Ele devin însă aproximative când lemnul conţine în proporţii mari oleorezine, gome, taninuri, ca de exemplu în cazul a numeroase specii tropicale. Tendinţa lemnului de a ajunge la o anumită umiditate în raport cu starea aerului înconjurător prezintă un interes practic deosebit, ea urmând să se aibă în vedere la stabilirea umidităţii finale a produselor fabricate din acest material.

Fig. 6 Curbele umidităţii de echilibru a lemnului pentru diferite temperaturi şi umidităţi relative ale aerului (izotermele de echilibru higroscopic)

Într-adevăr, cunoscând că micşorarea şi creşterea umidităţii sunt însoţite de contragere şi umflare, procese care atrag după ele deformarea şi crăparea lemnului, ca şi desfacerea îmbinărilor şi exfolierea peliculelor de lac, se impune cerinţa de a se folosi material lemnos uscat până la nivelul echilibrului higroscopic cu mediul de folosinţă. În acest sens, în tabelul 1 se prezintă o serie de date privind umiditatea diferitelor produse în funcţie de utilizarea lor. Se precizează că aceste date au caracter orientativ, prin faptul că la stabilirea umidităţii lemnului unui anumit produs va trebui ţinut cont şi de condiţiile de ordin climatic ale locului de utilizare; pentru regiunile muntoase, mai reci şi umede, valorile respective trebuie să fie mai mari cu circa 2 % faţă de regiunile de câmpie, mai secetoase şi calde. La efectuarea încercărilor de laborator pentru determinarea indicilor corespunzători diferitelor proprietăţi ale lemnului, epruvetele se condiţionează, aducându-se la umiditatea normalizată. Aceasta este umiditatea de echilibru a lemnului pentru umiditatea relativă φ = 65±5 % şi temperatura t = 20±20 C ale aerului şi are valoarea de 12 %.

Date privind umiditatea corespunzătoare echilibrului higroscopic al lemnului (produselor din lemn) în funcţie de destinaţie.

Tabelul 1

Destinaţia lemnului (produselor din lemn) Umiditatea

corespunzătoare echilibrului higroscopic %

- lemn pentru construcţii în apă (piloţi) Peste 30 - lemn destinat impregnării cu substanţe antiseptice şi ignifuge 20-25 - lemn destinat a fi utilizat exclusiv în exterior (împrejmuiri, şoproane); lemn pentru lăzi de ambalaj

15-20

- şarpante 15.18 - lemn pentru construcţii în localuri acoperite şi închise 13-17 - doage pentru butoaie 14-16 - lemn pentru caroserii de camioane şi vagoane de marfă 8-16

- lemn pentru lucrări de tâmplărie aflate în contact cu aerul exterior (uşi şi ferestre exterioare)

12-15

- mobilă, tâmplărie interioară, în camere încălzite cu sobe 10-12 - mobilă tâmplărie interioară, în camere cu încălzire centrală 8-10 - parchet, duşumele 8-12 - lemn pentru instrumente muzicale 6-8

UMIDITATEA DIN GOLURILE CELULARE ŞI SPAŢIILE INTERCELULARE

Umiditatea care pătrunde în lemn, după ce acesta a ajuns la punctul de saturaţie, se localizează în golurile celulare şi spaţiile intercelulare şi este în stare de lichid, constituind apa liberă. Ea este reţinută de forţe de interacţiune capilară, se îndepărtează uşor din lemn şi manifestă o mică influenţă asupra proprietăţilor acestuia. Volumul golurilor celulare şi spaţiilor intercelulare Wgc . Se consideră o piesă de lemn absolut uscat, având volumul egal cu 1 şi conţinând un volum al pereţilor celulari (sau de substanţă lemnoasă)m. Volumul, respectiv proporţia golurilor din cuprinsul acestei piese rezultă din relaţia:

c =1 – m, Determinând masa piesei în funcţie de volumul pereţilor celulari şi densitatea substanţei lemnoase (ρsl = 1,5 g/cm3), precum şi în funcţie de volumul piesei şi densitatea aparentă a lemnului absolut uscat ρ0, se poate scrie:

M = m . ρsl = 1 . ρ0 Ca urmare, volumul ocupat de apa liberă va fi:

c = 1- 5,1

1 . ρ0

sau în procente:

c = 1*0.667* ρ0) 100 [%] (10)

Umiditatea golurilor celulare şi spaţiilor intercelulare rezultă raportând masa apei ce ocupă volumul acestora, la masa piesei:

Wgc = M

c aρ.1.

Înlocuind raportul dintre volumul şi masa piesei de lemn M

1 cu inversul densităţii

aparente a lemnului absolut uscat 0

1ρ

şi considerând ρa = 1, rezultă:

Wgc = 0ρ

c

sau:

Wgc = 0

0

.5,15,1

ρρ−

(11)

UMIDITATEA MAXIMĂ Umiditatea maximă sau umiditatea de saturaţie a lemnului rezultă prin însumarea umidităţii corespunzătoare punctului de saturaţie a fibrei şi a umidităţii din golurile celulare:

Wmax = Ws +Wgc

Apreciind că punctul de saturaţie a fibrei are valoarea de 28 % (0,28 g/g) şi ţinând cont de relaţia (11), relaţia de calcul a umidităţii maxime a lemnului va fi:

Wmax = 0,28 + 0

0

.5,15,1

ρρ−

[g/g] (13)

Diagrama din figura 7, trasată cu ajutorul relaţiei (139, permite determinarea umidităţii maxime a lemnului în funcţie de densitatea în stare anhidră a acestuia. Se observă totodată

faptul că umiditatea respectivă descreşte puternic odată cu majorarea densităţii. Fig. 7 Variaţia umidităţii maxime a lemnului în funcţie de densitatea sa în stare anhidră Întrucât sorbţia este însoţită de umflarea pereţilor celulari, volumul golurilor celulare şi al spaţiilor intercelulare şi respectiv umiditatea suplimentară corespunzătoare acestora suferă o anumită diminuare, astfel că în

realitate umiditatea maximă a lemnului va avea o valoare ceva mai redusă decât cea dată de relaţia (13). Pe de altă parte, datele experimentale privind umiditatea maximă a lemnului sunt de asemenea mai reduse decât cele rezultate din calcul şi datorită faptului că în golurile celulare şi spaţiile intracelulare se găsesc balsam, substanţe tanante, alţi compuşi chimici. Specia, prin particularităţile structurale imprimate lemnului, influenţează puternic umiditatea maximă: 268 % la brad, 212 la molid şi plop, 185 % la pin silvestru, 135 % la mesteacăn, 126 % la larice, 116 % la stejar, 93 % la carpen (Ugolev, B. N., 1986). Alburnul absoarbe mai multă apă decât duramenul. Viteza de absorbţie a apei în lemn, respectiv de pătrundere a acesteia în golurile celulare şi spaţiile intercelulare depinde de mai mulţi factori. Astfel, lemnul aparţinând speciilor cu număr mare de goluri şi din această cauză cu densitate redusă, absoarbe apa cu viteză mai ridicată. Piesele cu dimensiuni mici absorb de asemenea repede apa, ajungând la umiditatea maximă într-un timp mai scurt. Absorbţia se realizează cu viteză mai ridicată în cazul pieselor la care suprafaţa transversală (în sensul de direcţie structural anatomică a lemnului), în contact cu apa, este mai mare. Viteza de absorbţie creşte la temperaturi mai mari şi la umidităţi iniţiale mai mici ale lemnului.

Variaţia umidităţii lemnului cufundat în apă este puternic influenţată de durata imersiei. În figura 8 se prezintă curba de variaţie a umidităţii lemnului de pin silvestru în funcţie de acest factor, determinările fiind efectuate la temperatura de 200 C şi folosind epruvete paralelipipedice cu baza 20x20 mm şi înălţimea în lungul fibrei10 mm, iniţial aflate în stare anhidră.

Fig. 8 Variaţia umidităţii lemnului de pin silvestru în funcţie de durata de cufundare în apă Se apreciază că, pentru a se obţine rezultate concludente în legătură cu umiditatea maximă atinsă prin cufundare, durata contactului probelor cu apa nu trebuie să fie mai mică decât 30 zile.

Capacitatea lemnului de a absorbi apa, ca şi alte lichide interesează în multe cazuri în practică, ca de exemplu în procesul fierberii acestuia pentru obţinerea celulozei, la impregnarea cu soluţii antiseptice, la plutit, etc.

PROPORŢIA DE SUBSTANŢĂ LEMNOASĂ, APĂ ŞI AER ÎN LEMN

În lemn, alături de substanţa lemnoasă şi de apă, există şi aer. Proporţiile ce revin celor trei componente depind de umiditatea lemnului Trendelenburg, R., ilustrând acest lucru la lemnul de fag cu densitate în stare anhidră ρ0 = 0,680 g/cm3. Aşa după cum se remarcă în

figura 9, în lemnul aflat în stare absolut uscată substanţa lemnoasă şi aerul se găsesc în proporţii maxime, apa lipsind. Fig. 9 Proporţiile în volum ale substanţei lemnoase, apei legate, apei libere şi aerului în lemnul de fag (ρ0 = 0,680 g/cm3), la diferite umidităţi Ulterior, ca urmare a sorbţiei vaporilor de apă din atmosferă, îşi face apariţia umiditatea, mai întâi sub formă de apă legată. Concomitent cu creşterea proporţiei de apă legată, pereţii celulari umflându-se, proporţia substanţei lemnoase scade, ajungând la o valoare minimă la atingerea punctului de saturaţie a fibrei. La majorarea în continuare a umidităţii, îşi face simţită prezenţa apa liberă, a cărui proporţie creşte liniar, în timp ce proporţia substanţei lemnoase şi apei legate rămân constante. Proporţia aerului scade de asemenea tot liniar, până la înlocuirea sa

completă cu apa liberă. În final, în lemn se află numai substanţă lemnoasă şi apă. Proporţia de aer din lemn se poate determina cu ajutorul relaţiei 40.

DETERMINAREA UMIDITĂŢII Luarea probelor pentru efectuarea determinărilor În cuprinsul arborilor, în piesele de lemn masiv (buşteni, lobde, piese ecarisate) şi în stivele de astfel de piese, în lemnul sub formă de particule (rumeguş, aşchii, făină de lemn), ca şi în produsele finite (mobilă, rechizite şcolare), umiditatea este variabilă, astfel că pentru

determinarea unor valori reprezentative trebuie analizat un număr de probe, respectiv de epruvete, luate din mai multe puncte. Modul de prelevare şi numărul de probe se stabilesc conform prevederilor standardelor corespunzătoare diferitelor sortimente. Umiditatea lemnului se poate determina folosind şi epruvete utilizate la alte încercări fizico-mecanice, sau lucrări pe porţiuni ale acestora. Probele extrase din trunchiul arborilor se stratifică ţinând cont de poziţia lemnului pe secţiunea transversală la una şi aceeaşi înălţime: alburn, duramen, (duramen fals), lemn matur, lemn juvenil, lemn adult. În cazul pieselor de lemn masiv, probele se iau conform figurii 10. De la o distanţă de 50-500 mm de capătul acestora (figura 10,a), se extrag prin dublă secţionare, piese, din care se debitează epruvetele necesare (fig. 10, b). Se recomandă ca aceste epruvete să aibă formă de prismă dreaptă, cu secţiunea de 20x20 mm şi cu lungimea, paralelă cu fibrele lemnului, de 25±5 mm. În cazul în care se urmăreşte modul de repartizare a umidităţii în secţiunea transversală a pieselor de lemn masiv, epruvetele se debitează ca în figura 10, c şi 10 d, îndeplinindu-se totodată ca suma suprafeţelor lor (S) să satisfacă, după caz, una din următoarele relaţii:

S(1,2,3,4) ≡ S(5,6,7,8) ≡ S(9); S(1,3) ≡ S(2).

Fig. 10 Debitarea epruvetelor pentru determinarea umidităţii sortimentelor de lemn masiv. a - poziţia pieselor din care se confecţionează epruvetele; b - poziţia epruvetelor în piesele extrase din sortimente, c,d – schemele debitării epruvetelor pentru determinarea distribuţiei umidităţii în secţiunea transversală a sortimentelor de dimensiuni mari şi respectiv de dimensiuni mici. Din loturile dispuse în stive, probele se iau din diferite stive, în afara celor periferice. Atunci când nu este posibil să se debiteze epruvete, din piesele de lemn masiv se pot extrage baghete cilindrice cu burghiul Pressler, sau talaş, cu masa de minim 10 g, folosind

instrumente bine ascuţite, pentru ca în timpul prelevării lemnul să nu se încălzească şi să nu se piardă din umiditate. O atenţia specială se acordă probelor de creştere extrase cu burghiul de la arborii în picioare. Acestea se introduc imediat după recoltare în fiole de sticlă cu capac rodat, perfect etanşe, sau în pungi de plastic etanşeizate şi se transportă în cel mai scurt timp la laborator pentru determinări. Întrucât cu toate precauţiile luate se pot produce pierderi substanţiale de umiditate prin evaporare, se recomandă ca masa lor să se stabilească imediat după ce au fost extrase, folosind o balanţă analitică portativă. Ulterior se va avea grijă ca masa reală a probelor să nu sufere modificări, prin pierderi de material, sau prin impurificare cu corpuri străine. Pe baza valorilor individuale determinate, în final se calculează o valoare medie a umidităţii.

DETERMINAREA UMIDITĂŢII LEMNULUI PRIN METODE DIRECTE Metodele directe de determinare a umidităţii se caracterizează prin aceea că permit aflarea nemijlocită a masei sau volumului apei din probele analizate. Metoda prin uscarea probelor. Metoda prin uscarea probelor se aplică lemnului din specii fără sau cu conţinut redus de substanţe volatile. În principiu, determinarea constă în stabilirea, prin cântărire, a descreşterii masei probei prin uscare până la masa constantă şi calcularea raportului procentual al descreşterii în speţă, faşă de masa probei în stare anhidră. Uscarea se face la temperatura de 103±20 C, până când masa rămâne constantă, respectiv până când pierderea de masă între două cântăriri succesive, efectuate la un interval de 6 ore, este cel mult egală cu 0,5 % din masa probei. În cazul în care uscarea şi cântărirea s-au făcut în fiole de cântărire, umiditatea fiecărei probe se calculează cu relaţia:

W = 100.02

21

mmmm

−− [%]

În care m0 este masa fiolei de cântărire, în f; m1 masa fiolei cu proba, înainte de uscare, în g; m2 –masa fiolei de cântărire cu proba, după uscare, în g. În cazul pieselor de lemn masiv, determinarea umidităţii lemnului cu ajutorul acestei metode prezintă dezavantajul unei durate foarte lungi de timp pentru uscarea probelor: 20-60 ore, în funcţie de umiditate, la proba de 100 g şi 5-20 ore la probe de 20 g. La depăşirea temperaturii de 1100 C, în lemn apar fenomene de descompunere. Metoda prin extracţia apei. Metoda prin extracţia apei se aplică lemnului din specii cu conţinut ridicat de substanţe volatile. Se precizează că, în acest caz, rezultatele obţinute cu ajutorul metodei prin uscarea probelor ar fi însoţite de erori, întrucât în timpul uscării, odată cu apa s-ar evapora şi substanţele volatile, masa în stare anhidră a lemnului devenind astfel mai mică decât în realitate. În principiu, în cadrul acestei metode, umiditatea se determină recurgând la extracţia sa cu vaporii unui solvent nemiscibil cu apa şi la calcularea raportului procentual al cantităţii de apă extrase, faţă de masa lemnului în stare anhidră. Se folosesc aparate care realizează extracţia cu solvenţi mai grei decât apa (fig. 11, A) sau cu solvenţi mai uşori decât apa (fig. 11, B). Solvenţii pot fi: tricloretilenă (1,456 g/ml), xilen (0,869 g/ml). Aparatele pentru extracţie sun alcătuite din câte un balon de fierbere a şi un sistem extractor, constând dintr-un refrigerent de condensare b şi un tub gradat c. Diferenţa dintre aparatele respective constă în construcţia tubului gradat şi respectiv, în poziţia conductei de reciclare a solventului folosit la extracţie.

Fig. 11 Extractoare pentru determinarea umidităţii lemnului cu conţinut ridicat de substanţe volatile: A – extractor pentru solvenţi mai grei decât apa; B – extractor pentru solvenţi mai uşori decât apa; a - balon de fierbere cu material lemnos şi solvent; b – refrigerent; c – tub gradat. O cantitate de material de analizat, fragmentat în particule, se cântăreşte şi se introduce în balonul, uscat în prealabil, al aparatului, după care se adaugă circa 100 ml din solventul ales pentru extracţie. Pentru a se asigura o fierbere liniştită, în balon se introduc şi câteva bile de sticlă sau bucăţele de porţelan poros, perfect uscate. Se ataşează balonul la

aparat, se stabileşte circuitul apei de răcire prin refrigerent şi se începe extracţia. În timpul fierberii, solventul se evaporă, antrenând vaporii de apă şi substanţele volatile. În refrigerent, amestecul de vapori condensează. Picăturile formate sunt colectate în tubul gradat, unde, datorită diferenţei de densitate, apa, pe de o parte şi solventul cu substanţele volatile, pe de altă parte, se vor separa în două straturi distincte. Încălzirea se face astfel încât să se realizeze o viteză de distilare de 2-4 picături de distilat pe secundă. Extracţia se consideră încheiată în momentul în care se constată că nivelul apei din tubul gradat rămâne constant cel puţin 10 minute. Citirea volumului apei din tubul gradat se face numai după ce lichidul se află la temperatura de 200 C. Umiditatea probelor este dată de relaţia.

W = 100.a

a

mmm

W−

[%]

în care ma este masa apei extrase, în g, al cărei volum se citeşte în tubul gradat, iar mW este masa probei în stare umedă, în g. Metoda titrării. Pentru determinarea umidităţii lemnului sub formă de particule, a umidităţii carotelor de sondaj, precum şi atunci când probele sunt bogate în substanţe volatile, se poate recurge la metoda Fischer, K. Materialul de analizat se introduce în metanol anhidru, compus care are însuşirea de a absorbi apa existentă în lemn. Cantitatea de apă extrasă se dozează prin titrare iodometrică, folosind în acest scop un amestec de metanol, iod, piridină, şi dioxid de sulf (reactivul Fischer). Carotele de sondaj pot rămâne nemărunţite, în compensaţie însă ţinându-se iniţial un timp ceva mai lung în metanol.

DETERMINAREA UMIDITĂŢII LEMNULUI PRIN METODE INDIRECTE

Determinarea umidităţii lemnului prin metode indirecte se bazează pe măsurători privind unele proprietăţi fizice ale lemnului influenţate de mărimea acesteia, îndeosebi în domeniul apei legate. Spre deosebire de metodele directe, cărora le este specifică o durată mare de timp a determinărilor, metodele indirecte, deşi mai puţin exacte, prezintă avantajul unei execuţii mult mai rapide, fapt care le conferă o largă aplicabilitate practică. Dintre metodele indirecte se menţionează metoda electrică, metoda higrometrică, metoda indicatorilor chimici. Alte metode se bazează pe măsurarea permeabilităţii la propagarea radiaţiilor X, β şi γ.

Metoda electrică. Determinarea umidităţii lemnului cu ajutorul aparatului tip Feutron F 10. Metoda electrică de determinare a umidităţii lemnului se bazează pe principiile rezistiv şi capacitiv, respectiv pe măsurarea, în domeniul apei legate (cu deosebire pentru umidităţi cuprinse între 0 şi 25 %), a rezistenţei opuse la trecerea curentului electric, sau pe estimarea constantei sale dielectrice. Se are astfel în vedere că umiditatea lemnului sub limita de higroscopicitate are o puternică influenţă asupra conductivităţii electrice şi constantei dielectrice: odată cu creşterea umidităţii între limitele menţionate, cresc atât prima, cât şi cea de a doua mărime. Pentru determinări se pot utiliza probele extrase după regulile menţionate anterior, acestea fiind supuse măsurătorilor în forma în care se găsesc. Unele precizări suplimentare privesc piesele de cherestea. La piesele mai scurte de 1 m, măsurătorile se fac într-un singur punct, situat la intersecţia diagonalelor. La cele mai lungi de 1 m, umiditatea este dată de media determinărilor făcute în trei puncte, două situate la circa 0,5 m de capete şi unul situat la jumătatea lungimii, toate aflate pe axa longitudinală a pieselor.

Fig. 12 Aparat tip Feutron F 10, pentru determinarea umidităţii lemnului cu ajutorul metodei

electrice. 1 – cablu de legătură la reţeaua electrică; 2 – întreruptor basculant; 3 – galvanometru, 4 – potenţiometru de reglaj; 5 – comutator pentru domeniul de măsurare; 6 – buton de fixare a grosimii probei de lucru; 7 – buton indicator de umiditate; 8 – scară de umiditate; 9 – buton de măsurare; 10 – electrod de strângere (tip menghină); 11 – cablu bifilar de ciocan; 14 – locaş pentru fixarea electrodului tip pahar. Aparatul tip Feutron F 10 (fig. 12), unul dintre numeroasele tipuri constructive utilizate în practică, este conceput pentru determinarea umidităţii lemnului în baza principiului rezistiv. Principalele sale părţi componente sunt următoarele: o casetă cu dimensiunile 46x26x15 cm şi masa 7,5 kg, conţinând echipamentul electric de măsurare; electrozi pentru realizarea contactului între aparat şi proba de lemn analizată, cablu bifilar de legătură între electrozi şi aparat,; două plăci mobile, având scări gradate în procente de umiditate, pentru patru specii: molid, pin, stejar, fag.

Forma electrozilor diferă în raport cu dimensiunile probelor de lemn. Pentru probe de lemn masiv, furnir, placaj, ş.a., cu grosimea mai mică de 12 mm se foloseşte electrodul de strângere (tip menghină) 10. În cazul probelor de lemn cu grosime mai mare de 12 mm se utilizează electrodul tip ciocan 13. Materialul lemnos mărunţit (rumeguş, făină de lemn) se introduce într-un electrod tip pahar, care se fixează în locaşul 14, de pe caseta aparatului. Se mai pot folosi electrozi de adâncime, sub formă de ace, pentru determinarea umidităţii în profunzime la probele cu grosime mare, precum şi electrozii plaţi sau de contact, pentru determinarea umidităţii de suprafaţă. Aparatul permite citirea directă a umidităţii în procente. El poate fi întrebuinţat pentru umidităţi între limitele 5-33 %, precizia asigurată fiind de ± 5%. O determinare durează 2-3 minute. Metoda higrometrică se bazează pe corelaţia dintre umiditatea lemnului şi umiditatea relativă a aerului, atunci când lemnul se află la umiditatea de echilibru. Măsurând umiditatea relativă şi temperatura aerului într-o scobitură special practicată în lemn, cu ajutorul datelor obţinute şi utilizând graficul conţinând izotermele echilibrului higroscopic (fig. 6), se poate determina mărimea căutată. Scobiturile se execută cu ajutorul unui burghiu, având diametrul de 6 mm şi adâncimea de 95 mm, iar pentru evaluarea umidităţii aerului în scobitură, higrometrul este prevăzut cu o tijă de lungime corespunzătoare. Tija se înşurubează în scobitură, realizând o izolare totală a acesteia de mediul extern. Metoda se poate aplica şi la determinări ale umidităţii unor piese de lemn subţiri, de exemplu, furnire, când măsurătorile se execută la suprafaţa acestora, însă în acest caz rezultatele au un grad ridicat de aproximaţie. Timpul necesar pentru aducerea umidităţii relative a aerului din scobituri la nivelul corespunzător umidităţii lemnului, după care măsurătorile se pot efectua, este de circa 15 minute. Metoda se poate aplica pentru umidităţi ale lemnului de 3-25 %. Metoda indicatorilor chimici face apel la utilizarea de săruri higroscopice, cum este de exemplu clorura de cobalt, care au proprietatea de a se colora cu o intensitate diferită, în raport cu conţinutul de umiditate absorbită. Se folosesc benzi de hârtie îmbibate cu substanţe indicatoare, care se introduc în scobituri practicate în lemn, după ce umiditatea aerului din cuprinsul acestora din urmă a ajuns la echilibru cu umiditatea lemnului. Umiditatea lemnului se apreciază prin compararea culorii căpătate de benzile de hârtie, de la roz la albastru, cu o scală cromatică special întocmită. Durata necesară pentru efectuarea măsurătorilor este de 25 minute, metoda fiind aplicabilă pentru umidităţi cuprinse între 6 şi 23 %.

UMIDITATEA LEMNULUI LA ARBORII ÎN PICIOARE ŞI BUŞTENI

La arborii în picioare, umiditatea lemnului diferă atât pe secţiunea transversală cât şi pe înălţimea trunchiului. După o serie de autori (Filipovici, J., 1965, Suciu, P., 1975, Ugolev, B.N., 1986), la speciile răşinoase alburnul are o umiditate de două-trei ori mai mare decât cea a duramenului sau lemnului matur(100-180 % faşă de 40-100 %), în general diferenţa menţinându-se pe întreaga înălţime a trunchiului. În cuprinsul duramenului (lemnului matur), umiditatea ar fi relativ omogenă la molid şi pin, în timp ce la brad şi cedru ar lua valori mai mari înspre alburn (cu până la 50 % înspre baza arborilor), decât la mijlocul secţiunii transversale. La un număr de specii foioase cu şi fără duramen (stejar, frasin, ulm, mesteacăn, plop tremurător, tei), pe secţiunea transversală umiditatea înregistrează variaţii ceva mai mici, fiind absente diferenţele mari remarcate la speciile răşinoase, între zonele periferice şi centrale ale secţiunii transversale. Pentru stejar, se citează de exemplu valori de 45-65 % în duramen şi de 60-90 % în alburn. Comparativ cu duramenul speciilor răşinoase, cel al foioaselor are valori ale umidităţii superioare, diferenţa în plus putând uneori depăşi 70-80 %.

Având în vedere, pe de o parte, valorile superioare ale umidităţii alburnului şi, pe de altă parte, existenţa la arborii tineri şi în ramuri a unei proporţii sporite a alburnului, se poate deduce că sortimentele de lemn subţire, în general, rezultate la exploatare, au o umiditate mult mai mare decât sortimentele de lemn gros. În ceea ce priveşte variaţia de-a lungul trunchiului, datele din literatura de specialitate sunt mai puţin concludente. La plop tremurător şi tei s-au pus în evidenţă valori ale umidităţii ceva mai mari în apropierea coroanei, în timp ce la fag s-a înregistrat o creştere a acesteia atât înspre coroană, cât şi înspre baza trunchiului. Cercetările întreprinse până în prezent au pus în evidenţă influenţa şi a altor factori asupra distribuţiei umidităţii la arborii în picioare. Un factor important de influenţă îl constituie specia (grupa de specii). Astfel, speciile foioase tari sunt cotate în general cu o umiditate de 60-100 %, speciile răşinoase cu 100-150 %, plopul cu 200-250 %. În literatura de specialitate se citează cazul arborilor de balasa (Ochroma boliviana Rowlee), cu o valoare a umidităţii de 800 %. Este deci un fapt obişnuit ca masa apei din arborii în picioare să fie mai mare decât masa lemnului anhidru din componenţa acestora. În interiorul speciei, umiditatea lemnului arborilor în picioare variază într-o măsură relativ mică. Lemnul timpuriu, cu goluri celulare mari, conţine o cantitate de apă ce depăşeşte cu mult cantitatea de apă din lemnul târziu, după Vintilă, E. şi Michels, P., citaţi de Suciu, P., 1975), valorile umidităţii corespunzătoare celor două zone fiind la pin 220 şi respectiv 58 %, iar la brad 200-250 % şi respectiv 80-100 %. La speciile foioase au fost semnalate diferenţe privind mărimea umidităţii între perioada de vegetaţie şi perioada de repaus vegetativ, iarna valorile determinate fiind mai mari. Astfel, la fag s-au stabilit valori ale umidităţii apropiate de 80 % în luna februarie şi de doar 50 % în luna iulie. Valori superioare în sezonul rece au fost puse în evidenţă şi la unele specii răşinoase (molid, pin), sporul din timpul iernii trebuind pus pe seama alburnului, la care valorile sunt mai mari iarna decât vara cu 25-50 %, întrucât umiditatea duramenului (lemnului matur) rămâne practic neschimbată. Un alt factor de influenţă privind umiditatea lemnului din arborii în picioare este momentul din timpul zilei când s-au efectuat măsurătorile. În cazul alburnului de molid s-au determinat de exemplu valori ale umidităţii de 186 % dimineaţa, 132 % la prânz şi 150 % seara, această variaţie corelându-se cu cerinţele de ordin fiziologic ale arborilor. După executarea operaţiilor de doborâre şi secţionare, buştenii rezultaţi încep să piardă din umiditate. Pierderea are loc cu o viteză mai mare sau mai mică, în funcţie de o serie de factori, ca prezenţa sau absenţa cojii, perioada din timpul anului, condiţiile generale de stare a vremii, locul şi modul de depozitare. Buştenii cu coajă pierd din apa conţinută numai prin secţiunea transversală, uscându-se mai lent decât cei cojiţi. În timpul sezonului rece pierderea se produce cu o viteză mai mică decât în perioada caldă a anului. Viteza de uscare este de asemenea diferită după cum buştenii se găsesc în pădure, în platforma primară, depozitaţi pe pământ sau în stive. Astfel, după date semnalate de Ghelmeziu, N. (1957), în perioada mai-august buştenii de fag pierd din masa iniţială, prin uscare, circa 19 % când sunt cu coajă şi circa 30 % când sunt cojiţi (în acelaşi timp buştenii acoperiţi la capete cu paste, pentru a fi protejaţi împotriva ciupercilor şi insectelor, pierd numai circa 6 %). Buştenii de răşinoase ţinuţi în pădure timp de şase luni pierd circa 10-15 % din masa iniţială când sunt cu coajă şi circa 45 5 când sunt cojiţi. Se mai precizează în literatura de specialitate (Stinghe, V. N., Sburlan, D. A., 1968) că sterii de fag pierd în 3 luni 27-34 % din umiditate, în 6 luni alte 2-14 %, iar după încă 12 luni 27-38 %, valorile mici referindu-se la piesele de lemn rotund, iar cele mari la piesele de lemn despicat. Prin păstrare timp îndelungat în bazine de conservare sau prin plutire, umiditatea lemnului aju7nge la brad 230 %, la pin 175 %, LA STEJAR 110 %.

INFLUENŢA UMIDITĂŢII ASUPRA PROPRIETĂŢILOR LEMNULUI Umiditatea influenţează puternic proprietăţile lemnului, o acţiune însemnată având apa legată (Curtu, I., Ghelmeziu, N., 1984). Umiditatea de 12 %, adoptată ca punct de referinţă în calculul indicilor diferitelor proprietăţi şi denumită aşa cum s-a remarcat anterior, umiditate normalizată, este considerată de către Diakonov, K. F., şi Kurianova, T. K. (1986) drept umiditate critică, la care se înregistrează modificări importante în variaţia proprietăţilor fizice, mecanice şi tehnologice. La această umiditate, unele rezistenţe mecanice ating valori maxime. Spre exemplu, în cazul lemnului de pin silvestru, la valori ale umidităţii cuprinse între 8 şi 15 % rezistenţa la forfecare longitudinal paralelă este cu 25-30 % mai mare comparativ cu rezistenţa corespunzătoare lemnului în stare absolut uscată (Belianchian, F. I., 1934). Acelaşi lucru este demonstrat de rezultatele obţinute la încercări efectuate la compresiune, tracţiune ş.a. Tot o umiditate critică poate fi apreciată şi umiditatea de saturaţie a fibrei, având în vedere că, la valori superioare acesteia, după variaţiile mai mari sau mai mici anterioare, indicii unor proprietăţi rămân constanţi sau se modifică mai lent. Odată cu creşterea umidităţii în domeniul apei legate, are loc o scădere importantă a rezistenţei specifice de aşchiere, motiv pentru care este indicat ca unele operaţii de prelucrare să fie efectuate cât mai curând după doborârea arborilor, adică atunci când acesta este încă în stare verde. Sporirea temperaturii lemnului umed face ca diminuarea rezistenţelor mecanice să fie şi mai accentuată, efectul fiind cu atât mai notabil cu cât umiditatea este mai mare. Se menţionează în acest sens că, drept urmare a acţiunii combinate a căldurii şi umidităţii ridicate, tratarea termică prealabilă a lemnului conduce la micşorarea rezistenţelor la aşchiere şi la prelucrarea lemnului prin derulare şi tăiere plană. Mărunţirea şi defibrarea lemnului sunt, de asemenea, mult uşurate în cazul unei umidităţi mari. Există însă şi moduri de prelucrare, ca de exemplu şlefuirea, pentru care este indicat ca lemnul să fie cât mai uscat. În domeniul apei legate, concomitent cu variaţia umidităţii, lemnul suferă variaţii mari dimensionale şi volumice, fiind supus contragerii şi umflării. Peste punctul de saturaţie a fibrei, umiditatea arte influenţă mare doar asupra densităţii. Dimensiunile şi volumul lemnului rămân neschimbate, iar influenţa asupra altor proprietăţi este relativ redusă sau nesemnificativă. O influenţă puternică are distribuţia neuniformă a umidităţii în secţiunea transversală a lemnului, ea conducând la apariţia tensiunilor interne, care la rândul lor pot provoca deformări şi crăpături ale buştenilor şi pieselor ecarisate. O direcţie importantă de preocupări, în care interesează în mod deosebit umiditatea, este protecţia lemnului, cunoscându-se că valorile optime pentru dezvoltarea ciupercilor xilofage, ca şi pentru producerea atacurilor insectelor, sunt cuprinse între 22 şi 55 %.

DENSITATEA LEMNULUI

ELEMENTE GENERALE Densitatea sau masa volumică a lemnului este o mărime fizică, numeric egală cu masa unităţii de volum a acestuia. Dat fiind faptul că lemnul este un corp neomogen, raportul dintre masa şi volumul său reprezintă o densitate medie. În principiu, densitatea se exprimă în kilograme pe metru cub (kg/m3) sau în unităţi tolerate grame pe centimetru cub (g/cm3) şi tone pe metru cub (t/m3). Masa sterului se măsoară în kilograme pe ster (kg/st). Se precizează că atât masa cât şi volumul trebuie măsurate în aceleaşi condiţii de temperatură şi umiditate.

Lemnul natural, aţa cum s-a arătat, are în alcătuirea sa substanţă lemnoasă, din care sunt constituiţi pereţii celulari, precum şi numeroase spaţii libere de diferite mărimi, de la spaţiile submicroscopice din pereţii celulari, la golurile celulare şi spaţiile intercelulare vizibile cu ochiul liber. În aceste condiţii, densitatea se poate referii la substanţa lemnoasă singură sau la substanţa lemnoasă plus spaţiile libere, respectiv la lemnul masiv aparent. Se pot astfel determina densitatea substanţei lemnoase şi respectiv densitatea lemnului masiv aparent sau, prescurtat densitatea lemnului. În cazul lemnului de steri şi al lemnului sub formă de particule (rumeguş, aşchii, tocătură) densitatea se calculează prin raportul dintre masa acestora şi volumul lor spaţiat, în acest mod determinându-se masa sterului şi respectiv densitatea în grămadă. Densitatea reprezintă o proprietate fizică de bază, ea aflându-se în corelaţie strânsă cu alte proprietăţi importante ale lemnului. De pildă, indiferent de specie, lemnul cu densitate mai ridicată are proprietăţi mecanice mai bune. Totodată în arboretele în care se realizează acest lemn, producţia de biomasă este mai mare. Lemnul de molid cu valori mai ridicate ale densităţii prezintă un conţinut mai bogat de celuloză şi un coeficient de subţirime a traheidelor sporit. Foarte semnificativă în ceea ce priveşte legătura strânsă între densitatea lemnului şi proprietăţile lui mecanice este afirmaţia lui Nepveu, G. (1984) în conformitate cu care, la molid, unui spor în aparenţă mic al densităţii, de 6 %, obţinut prin lucrări de selecţie, îi corespund creşteri ale indicatorilor unor proprietăţi mecanice cuprinse între 7 şi 19 %. Aşa după cum arată acelaşi autor, realizarea unor arborete de molid cu arbori având lemn cu densitate şi respectiv cu rezistenţele mecanice mai bune prezintă un interes deosebit în producţia de material pentru construcţii (şarpante). Totodată sporirea densităţii lemnului arborilor de molid, asigurată în paralel cu sporirea creşterii acestora în volum, conduce la obţinerea unor producţii superioare de biomasă uscată, fapt cu importanţă multiplă, inclusiv în ceea ce priveşte utilizările papetare ale materiilor prime lemnoase. Întrucât lemnul poate să conţină cantităţi diferite de umiditate, rezultând astfel valori diferite ale densităţii, la menţionarea valorii parametrului respectiv se fac întotdeauna precizări în legătură cu umiditatea sa. Se obişnuieşte în acest sens ca simbolul densităţii să fie însoţit de un indice reprezentând valoarea umidităţii.

DENSITATEA SUBSTANŢEI LEMNOASE Densitatea substanţei lemnoase este dată de relaţia:

slρ = sl

slVm [g/cm3], (1)

unde: msl este masa substanţei lemnoase, în g, iar Vsl – volumul substanţei lemnoase, în cm3. Cercetările efectuate până în prezent au condus la concluzia că densitatea substanţei lemnoase nu este influenţată decât în foarte mică măsură de specie. Aceasta, deoarece, pe de o parte, lemnul diferitelor specii forestiere diferă într-o foarte mică măsură în ceea ce priveşte compoziţia chimică elementară şi, pe de altă parte, principalii săi componenţi chimici, deşi cu ponderi diferite, totalizează cantităţi relativ asemănătoare, deoarece au densităţi apropiate la temperatura de 200 C, valorile densităţii sunt 1,5 g/cm3 la celuloză; 1,40 g/cm3 la lignină şi circa 1,50 g/cm3 la hemiceluloze). În general se consideră că eventualele diferenţe puse în evidenţă la determinarea acestui parametru se datorează metodelor de lucru utilizate. Obişnuit, în literatura de specialitate, densitatea substanţei lemnoase este estimată la 1,53 g/cm3, valoare considerată caracteristică pentru toate speciile. Valoarea respectivă se are totodată în vedere în cazul tuturor proceselor în care lemnul se află în contact cu apa. În calculele privind procesele în care lemnul este în contact cu lichide nepolare (substanţe în

molecula cărora nu există o separare a sarcinilor electrice negative şi pozitive) sau cu gaze, densitatea substanţei lemnoase se consideră 1,.44-1,46 g/cm3.

DENSITATEA LEMNULUI MASIV APARENT

În cazul lemnului masiv aparent, în concordanţă cu cerinţele de ordin practic şi ştiinţific, se pot determina mai multe feluri de densitate: densitatea lemnului anhidru, densitatea lemnului la o umiditate W oarecare, din momentul determinării, densitatea convenţională parţială, masa sterului, densitatea în grămadă.

DENSITATEA LEMNULUI ANHIDRU Densitatea lemnului anhidru denumită şi densitate absolută, se determină cu ajutorul relaţiei:

ρ0= 0

0

Vm

[g/cm3] (2)

în care m0 este masa lemnului în stare anhidră, în g şi V0 – volumul lemnului în stare anhidră, în cm3. Densitatea lemnului anhidru variază de la o specie la alta, în funcţie de construcţia anatomică specifică fiecăreia. La una şi aceeaşi specie, densitatea lemnului anhidru este totodată influenţată de grosimea pereţilor celulari, fiind de exemplu diferită în cazul zonelor de lemn timpuriu şi târziu. Întrucât lemnul, în general, include şi golurile celulare pline cu aer, densitatea lemnului anhidru este mai mică decât densitatea substanţei lemnoase. Legătura dintre densitatea lemnului anhidru şi densitatea substanţei lemnoase are forma:

ρ0 = ρsl (1 - 100

P ), (3)

în relaţia (2), P fiind porozitatea lemnului. Porozitatea lemnului reprezintă proporţia golurilor celulare şi spaţiilor intercelulare din lemnul absolut uscat şi se determină cu ajutorul relaţiei:

P = 0

0

VVV sl−

. 100 = (1 - slρ

ρ0 ) . 100 [%], (4)

Densitatea lemnului anhidru este puţin importantă în practică, deoarece lemnul nu poate fi menţinut în stare absolut uscată decât folosind mijloace speciale.

DENSITATEA LEMNULUI CU O UMIDITATE W OARECARE Aşa după cum s-a arătat, în mod curent lemnul conţine o anumită cantitate de umiditate, în funcţie de care densitatea lui ia anumite valori. În practică interesează îndeosebi densitatea

lemnului verde, densitatea lemnului cu umiditate W = 12 %, densitatea lemnului cu umiditate W = 18-20 %. Densitatea lemnului verde corespunde unei umidităţi egale sau mai mare decât umiditatea de saturaţie a fibrei. Datorită unor cauze diverse, cum sunt anotimpul în care se face determinarea, starea vremii din perioada premergătoare analizei, faptul că arborele este în picioare sau doborât de un anumită perioadă de timp etc., acest parametru variază între limite destul de largi. Densitatea lemnului cu umiditatea W = 12 % corespunde lemnului aflat la umiditatea normalizată. Densitatea lemnului cu umiditatea W = 18 – 20 % prezintă importanţă în activitatea practică, întrucât corespunde umidităţii de transport. Densitatea lemnului cu o umiditate W oarecare se calculează cu relaţia:

ρw = w

w

Vm

[g/cm3], (5)

în care mw este masa lemnului la umiditatea W, în g, şi Vw – volumul lemnului la umiditatea W, în cm3. Densitatea lemnului cu umiditatea 12 % se poate calcula şi în funcţie de masa volumică a lemnului la umiditatea W (W având valori în intervalul 7-17 %), folosind relaţia:

ρ12 = ρw[1 - ( )( )

100121 −− WK

vα ] [g/cm3], (6)

în care

vaK este coeficientul de umflare volumică, în procente, pentru 1 % umiditate şi W – umiditatea lemnului în procente. Valorile în procente ale coeficientului de umflare în volum (

vaK ) pentru principalele specii forestiere sunt consemnate în tabelul 8. Calculul densităţii lemnului cu o umiditate W oarecare, pornind de la densitatea în stare anhidră. În acest scop se pot folosi relaţiile 7 şi 8. Ele se deduc ţinând cont de relaţiile de calcul ale umidităţii W şi coeficientul de umflare volumică

vaK :

W = 0

0

mmmw − . 100

vaK = s

v

Wa max = 100.

0

0

s

w

WVVV

−−

,

în care mw şi Vw sunt masa şi volumul lemnului în stare umedă; m0 şi V0 – masa şi respectiv volumul în stare anhidră; Ws – umiditatea de saturaţie a fibrei. Pe baza acestor ultime expresii, se poate scrie:

mw = m0 100

100 W+ şi Vw = V0 100

.100 WKvα

+.

Întrucât:

ρw = w

w

Vm

şi ρ0 = 0

0

Vm

,

reiese că:

ρw = ρ0 WK

W

vα+−

100100 , pentru W < 30 % ; (7)

ρw = ρ0 v

KW

α30100100−+ , pentru W ≥ 30 %. (8)

Determinarea densităţii lemnului la o umiditate W oarecare, pornind de la densitatea în stare anhidră, se poate efectua, cu suficientă precizie şi cu ajutorul nomogramei întocmite de Kollmann, F. (fig. 13).

Fig. 13 Nomogramă pentru determinarea densităţii lemnului la o umiditate W oarecare, în

funcţie de densitatea acestuia în stare anhidră

DENSITATEA CONVENŢIONALĂ Densitatea convenţională se calculează cu ajutorul relaţiei:

ρc = max

0

Vm

[g/cm3] , (9)

în care Vmax este volumul lemnului la umiditatea egală cu punctul de saturaţie a fibrei sau superioară acestuia, în cm3. Dintre diferitele categorii de densitate, densitatea convenţională are, pentru una şi aceeaşi specie, valoarea cea mai mică, deoarece, după cum rezultă din relaţia 9, masa m0 de la numărător este minimă, în timp ce volumul Vmax de la numitor este maxim. Unii autori în loc de densitate convenţională, folosesc denumirea de densitate de bază. Se subliniază astfel faptul că, exprimând cantitatea de lemn absolut uscat rezultat dintr-o unitate de volum proaspăt doborât, această categorie de densitate are un caracter fizic pe deplin determinat şi nu unul artificial, cum s-ar părea la o primă observaţie. Denumirea de densitate de bază se justifică şi prin aceea că, datorită semnificaţiei pe care o are, ea se foloseşte ca termen de comparaţie între diversele specii forestiere. Densitatea convenţională, spre deosebire de alte densităţi ale lemnului, nu este influenţată de umiditatea acestuia. În tabelul 2 se prezintă cu scop informativ, valorile densităţii convenţionale corespunzătoare unora dintre principalele specii forestiere din România.

Densitatea convenţională a unor specii forestiere principale din România Tabelul 2

Specia Densitatea convenţională kg/m3

Specia Densitatea convenţională kg/m3

Molid 330 Carpen 620 Brad 330 Salcie 390 Larice 460 Tei 440 Pin strob 300 Ulm 530 Duglas 460 Frasin 560 Fag 543 Jugastru 510 Gorun 568 Anin negru 430 Stejar 571 Anin alb 360 Densitatea convenţională are o importanţă deosebită în industria prelucrării lemnului, constituind un parametru des utilizat în calcule, ca de exemplu în procesele de încălzire, uscare, impregnare a lemnului ş.a. Ea interesează, de asemenea, în silvicultură, pentru indicaţiile oferite în legătură cu calitatea lemnului. Pornind de la valoarea densităţii convenţionale şi luând în considerare şi mărimea volumului de lemn pe picior vmax , se poate determina biomasa (substanţa uscată) produsă de un anumit arboret:

m0 = vmax . ρc (10)

Rezultă că, în cazul dat, densitatea convenţională joacă rolul de factor de conversie a volumului pe picior în biomasă. Observând că densitatea convenţională nu este dependentă de umiditatea lemnului, ceea ce o face aplicabilă la determinarea producţiei de masă lemnoasă a unei păduri. Florescu, I. I., (1983) apreciază că, în funcţie de cerinţe, biomasa poate fi ulterior recalculată pentru diferite umidităţi de referinţă ale lemnului. La efectuarea calculelor privind biomasa este de asemenea necesar să se ţină cont de caracteristicile variaţiei densităţii convenţionale în cuprinsul arborelui (pe secţiunea transversală şi de-a lungul trunchiului), omiterea acestora având efect negativ îndeosebi în cazul arboretelor pluriene. În cazul biomasei crăcilor, determinările vor trebui efectuate pe clase de grosime, ştiut fiind că ramurilor vârstnice la corespund valori superioare celor tinere. Calculul densităţii convenţionale în funcţie de densitatea în stare anhidră se poate efectua cu ajutorul expresiilor 15 şi 17, luându-se în considerare coeficienţii de umflare şi respectiv de contragere volumică. Din relaţia de calcul a densităţii în stare anhidră se obţine.

m0 = ρ0 . V0 (11)

Se introduce m0 din expresia (11) în relaţia de calcul a densităţii convenţionale:

ρc = ρ0max

0

VV

(12)

şi se fac înlocuirile:

V0 = 100; (13) Vmax = 100+ 30

vKα (14)

rezultând:

ρc = ρ0 v

Kα30100100+

(15)

Dacă se ia în considerare coeficientul de contragere volumică

vK β , atunci în relaţia (12)

se fac înlocuirile. Vmax = 100 (16)

V0 = 100 - 30v

K β (17) obţinându-se:

ρc = ρ0100

30100v

K β−. (18).

Calculul densităţii convenţionale în funcţie de densitatea lemnului la o umiditate W oarecare. Densitatea convenţională se poate calcula şi în funcţie de densitatea lemnului la o umiditate W oarecare, când se disting două situaţii, având în vedere că, în momentul determinării, umiditatea lemnului poate fi mai mică decât punctul de saturaţie a fibrei (W<30%).

• Primul caz (W<30%). În relaţia de calcul a densităţii convenţionale, scrisă sub forma din expresia (12), se înlocuiesc V0 şi Vmax cu valorile lor date de expresiile (13) şi (14) rezultând.

ρc = ρ0

vKα.30100

100+

(19).

În relaţia (19) se introduce ρ0 dat de expresia (7), obţinându-se astfel relaţia de calcul a densităţii convenţionale:

ρc = ρw ( )

( )( )v

v

KWWK

α

α

30100.100.100.100

++

+ (20)

• Cazul al doilea (W≥30%). În aceeaşi relaţie (19) se introduce valoarea ρ0 dată de expresia (8). Se obţine în acest mod cea de-a doua relaţie de calcul a densităţii convenţionale:

ρc = ρw W−100

100 (21)

DENSITATEA PARŢIALĂ

Densitatea parţială este dată de raportul masei probei în stare absolut uscată cu volumul său aflat la o anumită umiditate. Considerând lemnul un sistem alcătuit din trei faze; respectiv din substanţa lemnoasă (cu masa msl), aer (maer) şi apă (ma) şi având în vedere relaţia densităţii la o umiditatea W oarecare (5) se poate scrie:

ρw = w

aaersl

Vmmm ++

= w

sl

Vm

+w

aer

Vm

+w

a

Vm

(22)

Întrucât:

msl +maer=m0 , rezultă.

ρw = wV

m0 +w

a

Vm

(23)

Observând că ρw rezultă ca o sumă de mai mulţi termeni, raportul

ρ΄w = wV

m0 (24)

a căpătat denumirea de densitate parţială a lemnului. Valoarea minimă a densităţii parţiale se înregistrează când umiditatea lemnului este egală sau mai mare decât punctul de saturaţie a fibrei (W≤30%) şi volumul acestuia este

maxim. Rezultă că în acest caz densitatea parţială este egală cu densitatea convenţională (ρ΄w = ρc). Proporţia de aer din lemn la diferite umidităţi , respectiv raportul dintre volumul aerului din golurile celulare şi spaţiile intercelulare (la presiunea atmosferică) şi volumul lemnului la o anumită umiditate se poate calcula cu ajutorul densităţii parţiale, folosind relaţia:

Aw = 100.

−−

w

aslw

VVVV = [1 - ρ΄w

+

asl

Wρρ .100

1 ]. 100 [%]. (25)

în care Vw este volumul probei de lemn la umiditatea W; Vsl şi Va – volumul substanţei lemnoase şi respectiv volumul de apă legată şi liberă din cuprinsul probei; ρsl şi ρa – densitatea substanţei lemnoase şi respectiv densitatea apei. Când W = 0 şi ρw = ρ0, relaţia (25) ia forma relaţiei (4) şi ca urmare proporţia de aer din lemnul absolut uscat este egală cu porozitatea acestuia.

DENSITATEA LEMNULUI CU VOLUM SPAŢIAT

Prin lemn cu volum spaţiat se înţelege lemnul rotund şi despicat fasonat în steri precum şi cel sub formă de particule (rumeguş, tocătură, aşchii, talaş), în primul caz determinându-se masa sterului, iar în cel de al doilea densitatea în vrac. Densitatea lemnului cu volumul spaţiat este dată de relaţia generală.

ρsp = spV

m [kg/st sau kg/m3st] (26)

în care m este masa lemnului de steri sau sub formă de particule şi Vsp – volumul spaţiat al acestora.

MASA STERULUI

Masa sterului este o formă particulară de exprimare a densităţii având ca unitate de măsură kg/st. Ea interesează în producţia şi livrarea anumitor sortimente de lemn brut, fiind reglementată prin standarde. În cazul lemnului pentru distilare uscată, masa sterului este de max. 525 kg/st. La lemnul de steri pentru mangalizare şi combustibil, masa sterului este normată, în funcţie de specia lemnoasă, după cum urmează:

- 500 kg/st pentru lemn de fag, - 485 kg/st pentru lemn de foioase tari, cu maximum 10 % de foioase moi sau

răşinoase; - 350 kg/st pentru lemnul de foioase moi sau răşinoase.

Un prim factor care influenţează masa sterului, aşa după cum reiese din datele menţionate, este specia lemnoasă din care provine lemnul. Ea depinde de asemenea de sortimentul fasonat, de umiditatea lemnului şi, în strânsă legătură cu acest ultim factor, de timpul scurs de la doborârea arborilor. În tabelele 3 şi 4 se redau o serie de valori privind masa sterului pentru unele sortimente de lemn brut cu diferite umidităţi şi respectiv pentru lemnul de mangalizare şi combustibil depozitat anumite perioade de timp.

Masa sterului şi densitatea lemnului masiv aparent ale unor sortimente de lemn brut având diferite umidităţi absolute

Tabelul 3 Sortimentul Specia U.M. Umiditatea absolută %

20 25 30 35 40 45 50 60 Foc-steri Fag kg/st

kg/m3 445 749

476 766

487 784

498 802

510 821

523 842

536 869

561 903

Distilare uscată

Fag kg/st kg/m3

437 662

457 692

476 721

496 751

517 783

537 814

557 844

596 963

Tananţi Stejar kg/st kg/m3

409 630

451 695

492 758

534 822

576 887

616 949

659 1015

- -

P.A.L. Salcie cojită

kg/st kg/m3

352 517

370 544

388 570

406 597

423 622

440 647

456 670

- -

P.A.L Salcie necojită

kg/st kg/m3

321 472

339 498

357 525

375 551

393 578

410 603

428 629

464 682

P.A.L Sa, Pl, Mesteacăn

kg/st kg/m3

400 588

417 613

434 638

451 663

468 688

485 713

502 738

536 788

P.F.L. Div. tari Fag

kg/st kg/m3

436 641

456 670

477 701

497 731

517 760

538 791

558 820

599 881

Date privind descreşterea masei sterului în cazul lemnului de foc supus depozitării

Tabelul 4 Specia Perioada

de depozitare

Masa iniţială a sterului,

kg/st

Indici de scădere a masei sterului după …. luni de depozitare 2 4 6 8 10 12

Fag Primăvară-toamnă

451-500 501-550 551-600 601-650 651-700

9,0 12,0 16,0 19,0 23,5

14,0 17,5 22,5 27,0 31,0

15,0 20,0 25,0 29,5 33,0

15,0 18,5 24,0 29,0 32,0

15,0 18,0 22,0 26,0 31,0

18,0 22,0 25,0 29,0 32,0

Fag iarnă 451-500 501-550 551-600 601-650

4,0 5,5 6,0 6,5

8,5 11,5 13,0 14,0

13,5 17,5 20,5 22,0

18,5 22,0 24,5 26,5

20,5 24,0 26,5 28,0

20,5 24,0 26,5 28,0

Carpen Primăvară-toamnă

<600 >600

9,5 10,5

16,0 18,5

19,0 21,5

20,5 22,0

19,0 21,0

17,5 20,0

Carpen iarnă <600 >600

2,0 3,0

7,0 8,5

13,5 16,0

19,0 22,0

23,5 26,0

27,0 29,0

Diverse moi Primăvară-toamnă

<450 >450

17,5 19,0

28,0 29,5

32,0 33,0

33,5 34,5

33,0 34,0

36,0 38,0

Diverse moi iarnă <450 >450

7,0 7,0

11,5 13,0

15,0 24,0

16,5 31,5

17,0 36,0

16,0 36,0

Stejar-gorun Primăvară-toamnă

401-450 451-500 501-550 551-600

>600

4,5 7,0 9,0

11,5 14,0

7,5 9,5

12,0 15,0 18,0

8,0 10,5 14,0 16,5 20,0

8,0 11,0 13,5 17,0 19,5

8,0 10,0 12,5 15,0 17,5

8,0 11,5 14,0 17,0 20,0

Salcâm iarnă 500 4,5 8,0 11,5 11,0 10,5 12,0

DENSITATEA ÎN VRAC Densitatea în vrac ρv este egală cu masa unei cantităţi din lemnul sub formă de particule, cu volumul spaţial de 1 m3 . Ea se exprimă în kg/m3

sp. Densitatea în vrac este influenţată de dimensiunile şi forma particulelor, ambele dependente la rândul lor de felul utilajului folosit la prelucrarea lemnului. Alţi factori de influenţă sunt umiditatea lemnului de provenienţă, specia. În cazul rumeguşului şi tocăturii destinate pentru industria celulozei şi hârtiei, normele în vigoare prevăd următoarele dimensiuni ale particulelor:

- la rumeguş: 6 mm, - la tocătură normală: 6-35 mm, - la tocătură mare: 35 mm.

În timpul transportului, ca şi după perioade mai lungi de depozitare, prin tasarea particulelor, densitatea în vrac suferă modificări importante. În tabelul 5 , sunt prezentate densitatea în vrac şi factorul de aşezare al rumeguşului şi tocăturii, în stare netasată, rezultate în fabricile de cherestea. Alături de datele respective se redau de asemenea valori medii ale umidităţii lemnului din care acestea s-au obţinut. De reţinut că în cazul rumeguşului şi tocăturii rezultate din unităţile de fabricare a produselor industriale finite (mobilă,uşi, ferestre, parchet, ş.a.), din cauza umidităţii mult mai reduse a lemnului supus prelucrării, valorile densităţii în vrac sunt inferioare celor specificate în tabel.

Densitatea în vrac ρv şi factorul de aşezare μa ale rumeguşului şi tocăturii de lemn rezultate în fabricile de cherestea

Tabelul 5 specia Rumeguş Tocătură

ρv kg/m3

sp μa

W %

ρv kg/m3

sp μa

W %

Stejar Fag Plop Cireş, frasin, castan bun Brad, molid Pin silvestru

280 270 335 270 285 310

0,35 0,36 0,46 0,35 0,40 0,41

40 35 110 55 75 80

330 315 305 320 345 355

0,40 0,40 0,40 0,40 0,43 0,43

50 45 110 65 80 80

DETERMINAREA DENSITĂŢII

DENSITATEA SUBSTANŢEI LEMNOASE

Aşa după cum s-a văzut, pentru determinarea densităţii substanţei lemnoase trebuie cunoscute masa şi volumul acesteia. Spre deosebire de masa substanţei lemnoase care se poate determina suficient de exact, cu uşurinţă, prin cântărirea probei de lemn la o balanţă analitică, volumul substanţei lemnoase se determină cu oarecare dificultate.

Metoda picnometrului. Picnometru (fig. 6) un aparat simplu cu ajutorul căruia poate fi determinat volumul de lichid ce umple spaţiile submicroscopice ale lemnului, se prezintă sub forma unui vas de sticlă, de capacitate variabilă, etalonat la temperatura de 20 sau 250 C. El se închide cu ajutorul unui dop rodat, prevăzut cu o capilară prin care poate ieşi lichidul ce depăşeşte volumul de etalonare şi, la unele tipuri constructive, este prevăzut şi cu un termometru.

Fig. 6 Tipuri de picnometre Proba de lemn, măsurând 1-2 g şi măcinată în prealabil fin, astfel ca să rezulte particule care să treacă prin sita cu ochiurile de 0,05 mm, se usucă până la masa constantă. În vederea efectuării determinărilor, picnometrul se umple cu un lichid de densitate cunoscută, excesul ieşit prin capilară ştergându-se cu bandă de hârtie de filtru. Se efectuează o primă cântărire a picnometrului, apoi se scoate o parte din lichid şi după ce se introduce proba de lemn de analizat, aparatul se umple din nou cu lichid, până la acelaşi nivel, agitându-se uşor, pentru evacuarea bulelor de aer şi se cântăreşte a doua oară. Notând masa picnometrului plin cu lichid cu mpl, masa picnometrului plin cu lichid conţinând substanţa lemnoasă se poate determina cu ajutorul relaţiei:

ml = mpl – (mp2 – msl) [g]. (27) În continuare, ţinând cont de masa lichidului înlocuit şi respectiv de densitatea lui ρ l, se calculează volumul acestuia, folosind relaţia:

Vl = l

lmρ

[cm3] (28)

Volumul lichidului înlocuit fiind egal cu volumul substanţei lemnoase V sl şi, având în vedere şi relaţia (1), densitatea substanţei lemnoase va fi:

ρsl = ll

sl

mm

ρ. [g/cm3] (29)

Determinările efectuate cu ajutorul picnometrului, folosind ca lichid de imersie a substanţei lemnoase toluenul sau uleiul mineral, conduc la valori ale densităţii substanţei lemnoase egale cu 1,44-1,46 g/cm3. În cazul în care lichidul utilizat este apa distilată, densitatea substanţei lemnoase, egală cu 1,53 g/cm3, este superioară, întrucât moleculele acesteia pătrund în spaţiile intra şi intermicrofibriliare şi aparent are loc o micşorare a volumului substanţei lemnoase, densitatea substanţei lemnoase devenind astfel ceva mai mare.

DENSITATEA LEMNULUI MASIV APARENT Probele pentru determinarea densităţii lemnului masiv aparent pot avea formă regulată sau pot fi de formă neregulată, fapt ce prezintă unele implicaţii privind determinarea volumului acestora.

DETERMINĂRI FOLOSIND PROBE STEREOMETRICE (STANDARDIZATE) De regulă, probele stereometrice (standardizate) sunt prisme drepte având secţiunea pătrată, cu latura de 20±5 mm. Când lăţimea inelelor anuale este mai mare de 4 mm, dimensiunile secţiunii transversale trebuie să fie astfel alese încât epruvetele să conţină cel puţin 5 inele anuale. Pentru determinarea densităţii convenţionale probele pot avea şi alte forme geometrice, cu condiţia ca volumul să fie uşor de estimat.

Densitatea lemnului în stare absolut uscată se stabileşte luând în considerare masa şi dimensiunile determinate după ce, în prealabil, probele au fost supuse uscării într-o etuvă termoreglabilă, până la temperatură constantă. Densitatea lemnului la o umiditate W oarecare. Pentru calcularea acestui parametru, se determină masa probelor cu o precizie de 0,01 g. Laturile secţiunii transversale şi lungimea, măsurate pe axele de simetrie, se determină cu precizia de 0,1 mm. În continuare, utilizând aceleaşi probe, după stabilirea densităţii se procedează la efectuarea operaţiilor de laborator pentru determinarea umidităţii. Densitatea convenţională a lemnului se determină luând în considerare masa probelor, stabilită după uscarea completă a lor şi dimensiunile, stabilite după cufundarea acestora în apă distilată până ce se depăşeşte punctul de saturaţie a fibrei. Densitatea parţială se estimează ţinând cont de masa probelor stabilită după uscare până la starea anhidră şi de dimensiunile lor la o anumită umiditate (înainte de uscare).

DETERMINĂRI FOLOSIND PROBE DE FORMĂ DIFERITĂ DE CEA STEREOMETRICĂ

Pentru determinarea densităţii lemnului în cazul probelor de formă diferită de cea stereometrică, între care şi probele de creştere extrase cu burghiul, s-au imaginat diferite metode. Metoda stereometrică. În cazul probelor de creştere, se poate aplica aşa numita metodă stereometrică, în cadrul căreia forma acestora se admite a fi cilindrică, fapt ce simplifică stabilirea volumului. Diametrul se determină ca medie a două citiri efectuate cu micrometrul, pe direcţii perpendiculare la jumătatea lungimii carotelor. Lungimea se măsoară cu şublerul, evitând deformarea probelor prin presare. Volumul rezultat este ceva mai mare decât cel real, întrucât, îndeosebi când probele au fost extrase cu burghie uzate, suprafaţa lor prezintă unele neregularităţi, imposibil de luat în considerare. Pe de altă parte, prin uscare, se pot produce noi deformări, datorită contragerii diferite a lemnului timpuriu şi târziu. Procedeul nu se poate aplică în cercetările de natură ecologică sau de genetică forestieră, în care este necesară o precizie ridicată, putându-se utiliza cu succes în lucrările de estimare a biomasei. Metoda hidrostatică. Se determină valorile masei probelor în aer liber şi cufundate în apă sau valorile masei apei înainte şi după cufundare, volumul acestora calculându-se în funcţie de masa lichidului înlocuit (densitatea apei se consideră 1 g/cm3). În cazul în care probele au o umiditate redusă, rezultatele sunt afectate de erori cauzate de pătrunderea lichidului în lemn, motiv pentru care acestea trebuie izolate cu un strat subţire de parafină. Metoda xilometrică se bazează pe faptul că prin cufundarea în lichidul aflat într-un xilometru, probele de lemn vor disloca din acesta volume de lichid egale cu volumele proprii. Măsurând de fiecare dată volumul cu care a crescut de fiecare dată lichidul faţă de nivelul iniţial, se determină volumul fiecărei probe în parte. Metoda xilometrică prezintă aceleaşi neajunsuri ca şi cea hidrostatică. Metoda volumometrului cu mercur. Dintre numeroasele tipuri de volumometre concepute, volumometrul cu mercur, (tip Breuil) (fig. 7) este cel mai cunoscut. Aparatul, montat pe un postament, este format dintr-un corp metalic a, care nu amalgameză cu mercurul. Lateral, este prevăzut cu o piesă cilindrică, în care se deplasează un piston cu vernier b, cu gradaţii în cm3, acţionat de o manivelă. În partea superioară, aparatul prezintă un capac, aflat în legătură cu un tub capilar cu semn indicator de nivel c. În vederea efectuării de terminării, se deşurubează capacul cu tubul capilar şi se introduce în aparat o cantitate de mercur. După ce capacul se montează la loc, se acţionează pistonul astfel ca mercurul să urce până la semnul indicator de pe tubul capilar, moment în care se face prima citire a volumului. După citire, mercurul este relaxat, prin deplasarea spre exterior a pistonului şi, în aparat, se

introduce şi proba căreia trebuie să i se stabilească volumul. Acţionând din nou asupra pistonului, se readuce mercurul la nivelul indicat anterior de semnul de pe tubul capilar şi se face a doua citire a volumului. Diferenţa dintre două citiri reprezintă volumul probei.

Fig. 7 Volumometrul tip Breuil. a – corpul aparatului, b – piston cu vernier, c – tub capilar cu semn indicator Precizia determinărilor se cifrează la 0,003-0,001 cm3. Metoda nu dă însă rezultate în cazul speciilor cu pori mari, aceştia putându-se umple cu mercur şi volumul probelor diminuându-se în mod corespunzător. Se întâmplă de asemenea impedimente în timpul executării măsurătorilor, ca şi la manipularea probelor, legate de toxicitatea mercurului. Din cauza diferitelor neajunsuri arătate, determinarea masei volumice cu ajutorul metodelor, hidrostatică, xilometrică şi a volumometrului cu mercur sunt tot mai rar utilizate.

Metoda saturaţiei, pusă la punct de Keylwerth, R. (1954) şi Smith, D. M. (1955), este utilizată pe scară largă în prezent la evaluarea densităţii convenţionale a probelor de dimensiuni mici, fiind recomandată, atât de precizia înaltă, cât şi de randamentul ridicat al determinărilor. Se consideră o probă de lemn de mici dimensiuni, din care s-au îndepărtat substanţele extractibile în totalitate şi pentru care masa substanţei lemnoase este egală cu masa probei în stare anhidră (msl = m0). Volumul maxim al acesteia se obţine însumând volumele de substanţă lemnoasă Vsl şi respectiv de apă Va conţinute:

Vmax = Vsl + Va (30) Dacă probei examinate i se cunoaşte masa în stare absolut uscată m0 şi masa în stare de saturaţie mmax (când lemnul are umiditatea maximă) şi dacă se ţine cont de faptul că densitatea apei distilate la temperatura de 200 C este 1 g/cm3, volumul de apă va fi.

Va = mmax – m0 (31) Având în vedere relaţia de calcul a densităţii substanţei lemnoase (1), precum şi egalitatea msl = m0, relaţia devine:

Vmax = 0max0 mm

m

sl

−+ρ

Scriind relaţia de calcul a masei volumice convenţionale:

ρc = 0max

0

0

mmm

m

sl

−+ρ

(32)

care poate lua şi forma:

ρc = 1

1

00

max −+ mm

m

şi făcând înlocuirea ρsl = 1,53 g/cm3, se obţine expresia:

ρc = 3464,0

1

0

max −m

m (33)

Raportul 0

max

mm

este denumit de Dumitriu-Tătăranu, I. (1972) indice de saturaţie a

lemnului, autorul concepând şi o nomogramă pentru determinarea densităţii convenţionale în funcţie de valoarea acestuia. (fig. 8).

Fig. 8 Nomogramă pentru determinarea densităţii convenţionale a lemnului, în funcţie de indicele de saturaţie Se remarcă din relaţia (33) că metoda saturaţiei folosită la determinarea densităţii convenţionale a eşantioanelor de dimensiuni mici şi aplicabilă la cercetările utilizând probele de creştere extrase cu burghiul Pressler, nu necesită măsurarea directă a volumului, ci se rezumă la evaluarea masei probelor de lemn având un conţinut maxim de umiditate şi respectiv, a masei lor în stare absolut uscată, ale căror valori sunt uşor de determinat. În vederea efectuării determinărilor din probele

supuse analizei se îndepărtează substanţele extractibile. În acest scop, substanţele solubile în solvenţi organici (oleorezine, grăsimi, ceruri, ş.a.) se elimină prin extracţie cu un amestec de alcool-benzen (o parte alcool etilic 96 % vol. şi două părţi benzen) cu ajutorul aparatului Soxhlet. Substanţele hidrosolubile (taninuri, acizi organici, coloranţi, etc.) se elimină prin înlocuirea repetată a apei folosite la imersia probelor pentru realizarea saturaţiei. Saturarea cu apă se efectuează prin cufundarea probelor într-un vas cu apă distilată, aşezat în exsicator sub vid intermitent sau continuu şi ţinerea lor în această stare la temperatura camerei timp de 15 zile, sau recurgând la fierbere, uneori sub presiune, până la 48 de ore. Indiferent de procedeul folosit pentru saturarea cu apă, în final, probele imersionate se supun la vid timp de 1-2 ore, pentru eliminarea completă a bulelor de aer. După determinarea masei probelor de lemn saturate cu apă, se determină masa acestora în stare anhidră. În acest scop, probele se usucă într-o etuvă termoreglabilă până ce ajung la masa constantă. O variantă a metodei saturaţiei, propusă de Horodnic, S.A. (1998), constă în determinarea densităţii convenţionale a lemnului executând două cântăriri ale probelor de lemn saturate cu apă, prima în aer liber M1 şi a doua după cufundare completă în apă distilată M2, utilizând relaţia:

ρc = k.21

2

MMM−

(34)

unde:

k = asl

asl

ρρρρ−.

(35)

În relaţia (35), ρsl este densitatea substanţei lemnoase (1,530 g/cm3), iar ρa densitatea apei distilate (1,000 g/cm3), prin înlocuire rezultând k = 2,8868 g/cm3. Metoda densitometrică. În ultimele cinci decenii s-au făcut progrese importante în ceea ce priveşte cunoaşterea unor caracteristici de detaliu ale lemnului, inclusiv a densităţii lui, folosind metode de lucru bazate pe absorbţia de către acesta a radiaţiilor β, γ şi îndeosebi X. Investigaţiile efectuate cu ajutorul radiaţiilor X s-au dovedit a fi foarte fructuoase, deschizând noi orizonturi pentru studiul calităţii lemnului şi al surselor de variaţie a acesteia. Un aport deosebit în dezvoltarea investigaţiilor efectuate cu ajutorul radiaţiilor X l-a adus Polşge, H. (1963, 1966), prin punerea la punct a unei metode de măsurare a densităţii lemnului în interiorul probelor de creştere, denumită metoda densitometrică. Ulterior, metodei i s-au adus o serie de ameliorări, atât în ce priveşte concepţia, cât şi sub raportul tehnicii de măsurare şi de prelucrare a datelor. În anul 1973, de exemplu, Keller, R. şi Xeuxet, D. au elaborat o metodă de determinare a valorilor microdensitometrice şi de prelucrare a lor cu ajutorul ordinatorului (Perrin). În anul 1984, Perrin, J. R. şi Ferrand, J. Ch. Au pus la punct un aparataj original, cuprinzând în principal un microdensitometru şi un instrument de măsurare simultană a diametrelor tangenţiale şi longitudinale ale carotelor, ambele utilizând microprocesoare, care permit determinări rapide, precise şi de mare serie. În principiu, metoda densitometrică recurge la expunerea carotelor de sondaj la un fascicul de raze X, care, fiind absorbite diferenţiat, în funcţie de variaţia structurii şi densităţii în cuprinsul inelelor anuale, permit obţinerea pe film fotografic, a unor imagini caracteristice, pe care se pot observa, distinct, limitele creşterilor şi aspectul zonelor de lemn timpuriu şi târziu. Radiografiile sunt explorate cu ajutorul unui aparat numit microdensitometru. Acesta înregistrează grafic variaţiile densităţii optice, obţinându-se profilele densitometrice. Se menţionează că densitatea optică sau logaritmul zecimal al opacităţii unei imagini fotografice, este proporţională cu logaritmul dozei de iradiere şi este în relaţie liniară cu variaţia densităţii lemnului. Profilele densitometrice odată realizate, urmează efectuarea, pe acestea, a măsurătorilor, după care se trece la prelucrarea datelor obţinute. Aparatura de care se dispune actualmente permite automatizarea integrală a operaţiilor, pornind de la negativul fotografic. În figura 9 se prezintă aspectul unui profil densitometric. Pe abscisă este redată lăţimea inelelor anuale, în succesiunea conformă aceleia din carotele de sondaj, iar pe ordonată valorile densităţii.

Fig. 9 Profil densitometric: 1..6 inele anuale; M1 …M6 – densităţi maxime anuale; m1 ..m6 –

densităţi minime anuale Pornindu-se de la profile densitometrice se pot determina lăţimea inelelor anuale, densitatea maximă anuală, densitatea minimă anuală, lăţimea lemnului cu densitate mai mare sau egală cu o densitate de referinţă (de exemplu, o,500 g/cm3), proporţia din lăţimea inelelor anuale cuprinsă între anumite nivele de densitate, sau proporţia din lăţimea inelelor anuale superioară unei densităţi de referinţă. O condiţie de bază pentru evitarea erorilor de măsurare este ca grosimea carotelor să fie perfect constantă (5 mm). Valorile densităţii determinate cu ajutorul metodei densitometrice corespund umidităţii lemnului de 8-10 %, iar densitatea de referinţă pentru întreaga carotă se consideră densitatea convenţională, stabilită prin metoda saturaţiei.

DETERMINĂRI CU AJUTORUL PILODINEI Pilodina este un instrument cu ajutorul căruia se măsoară adâncimea de pătrundere în lemn, a unui ac mobil, sub acţiunea unui resort, care îi imprimă, obişnuit, o forţă de impact de 80 kJ/m2. De regulă, acul are diametrul de 2,5 mm şi lungimea de 15-25 mm. O scară gradată permite citirea adâncimii de pătrundere. Forţa de impact, se obţine prin armarea pilodinei, în care scop aceasta se presează pe o suprafaţă rigidă, până când tija de percuţie, solidară cu acul mobil, cu care este pre4văzută, ajunge la capătul cursei şi este blocată. La efectuarea determinărilor, pilodina se orientează perpendicular pe trunchi şi se declanşează tija de percuţie, care imprimă acului mobil o deplasare liniară, făcându-l să pătrundă în lemn. Măsurătorile se efectuează la arborii în picioare, la înălţimea de 1,30 m faţă de nivelul solului, dar pot interesa şi în cazul buştenilor. După Rozenberg, P. şi Van de Sype, H. (1994), pilodina este un instrument care permite determinarea pe cale indirectă a densităţii lemnului. Autorii au studiat variabilitatea genetică a relaţiei între adâncimea de pătrundere a acului pilodinei şi circumferinţa trunchiului, în cazul unor arbori de molid cu vârsta de 15 ani, la nivel de provenienţă, familie (semifraţi) şi clonă. A rezultat că, în toate cazurile avute în vedere, adâncimea de pătrundere creşte liniar cu circumferinţa trunchiului, ecuaţiile de regresie având însă, la fiecare din cele trei niveluri, coeficienţi diferiţi. Valorile adâncimii de pătrundere a pilodinei depind de asemenea de o serie de alte caracteristici principale ale lemnului, cum sunt: duritatea, umiditatea, rezistenţa la întindere,

compresiune şi forfecare. În acelaşi timp ele sunt influenţate de diametrul acului mobil şi de energia de impact. Hoffmeyer, P. (1979) consideră pilodina un instrument de testare nedistructivă, cu ajutorul căreia se determină rezistenţa la şoc a lemnului.

DENSITATEA LEMNULUI CU VOLUM SPAŢIAT

MASA STERULUI Determinarea se efectuează prin cântărire, lemnul fiind stivuit în figuri geometrice şi având un volum spaţiat, exprimat în steri. Pentru cântărire se foloseşte o basculă, de sarcină şi precizie adecvate volumului de lemn supus măsurătorilor.

DENSITATEA ÎN VRAC Determinarea densităţii în vrac constă în principiu în cântărirea unei cantităţi cu volum spaţiat de 1 m3, din lemnul sub formă de particule, respectiv de rumeguş, tocătură, aşchii, talaş. Pentru determinare se foloseşte o ladă cu volumul interior de 1 m3 şi o basculă zecimală obişnuită, pentru sarcina maximă de 500 kg, cu precizia de 0,5 kg. Lada se cântăreşte în prealabil goală, după care se umple cu lemnul sub formă de particule de analizat, iar când este plină, produsul se nivelează la partea superioară, cu ajutorul unei scânduri, fără a se presa. După nivelare, lada se cântăreşte din nou. Calculul densităţii în vrac se efectuează cu relaţia:

ρv = p

LgLp

Vmm −

[kg/m3sp] (36)

în care mLp este masa lăzii pline cu lemn sub formă de particule, mLg – masa lăzii goale şi Vp – volumul spaţiat al lemnului sub formă de particule (1 m3

sp).

FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ DENSITATEA Cercetările întreprinse asupra densităţii lemnului au pus în evidenţă dependenţa acesteia de o serie de factori de influenţă. Specia lemnoasă influenţează densitatea lemnului ca urmare a deosebirilor privind natura, mărimea şi proporţia de participare a elementelor anatomice în componenţa acestuia. Limitele de variaţie în funcţie de acest factor sunt relativ largi. Luând în consideraţie lemnul în stare anhidră, după Suciu, P. N. (1975), la speciile răşinoase valorile sunt cuprinse între 0,25 şi 0,90 g/cm3. La speciile foioase limita superioară ajunge la 1,47 g/cm3. Lemnul cu densitatea cea mai mare (ρ16 = 1,302 g/cm3) este cel de guaiac (Guajacum officinale), iar cel cu densitatea cea mai mică (ρ0 = 0,116 g/cm3) este cel de balsa (Ochroma boliviana). În cazul speciilor lemnoase europene, domeniul de variaţie este cuprins între 0,25 şi 1,0 g/cm3. La speciile forestiere din România, după Ghelmeziu, N. G. şi Suciu, P. N. (1959), densitatea lemnului uscat la aer (ρ15), variază între 0,35 şi 0,98 g/cm3. Autorii disting la noi,, aşa după cum s-a arătat anterior, specii cu lemn uşor, cu lemn potrivit de greu şi cu lemn greu.

În cazul principalelor specii forestiere autohtone, densitatea convenţională variază între 0,300 şi 0,620 g/cm3. Provenienţa. Un factor cu influenţă puternică asupra densităţii îl constituie provenienţa diferitelor specii. Studiind 50 provenienţe de molid din întregul areal al speciei în România, Dumitriu–Tătăranu, I. (1983) stabileşte, la specia respectivă, un domeniu foarte larg de variaţie a densităţii convenţionale, această caracteristică măsurând între 304,3 kg/m3 la provenienţa Rucăr –Richite şi 402,5 kg/m3 la provenienţa Gura-Humorului – Valea-Largă. După acelaşi autor, în conformitate cu unele date, neasigurate însă statistic (din cauza împrăştierii ridicate a rezultatelor în interiorul grupelor de provenienţe comparate), la provenienţele din Carpaţii Orientali şi Munţii Apuseni densitatea convenţională ar fi mai mare decât la cele din Carpaţii Meridionali. Existenţa unor valori superioare în Carpaţii Orientali de Nord, comparativ cu Carpaţii Meridionali este de asemenea semnalată de Stănescu, V. şi Şofletea, N. (1998). Subliniind importanţa variabilităţii intraspecifice a proprietăţilor lemnului în raport cu originea geografică a provenienţelor, Stănescu, V. (1983), semnalează faptul că la Pinus elliottii, în continentul american, densitatea convenţională se micşorează de la sud la nord şi de la est la vest. Se menţionează totodată că numeroase însuşiri ale lemnului se transmit pe cale sexuată la descendenţi. Experienţele arată astfel că eritabilitatea densităţii (capacitatea de transmitere ereditară a acesteia de la părinţi la descendenţi) este deosebit de mare. În perspectivă se întrevede deci posibilitatea de a se aplica măsuri la scară de producţie pentru îmbunătăţirea calităţii lemnului. Se menţionează în acest sens că, actualmente, prin criteriile care se cer a fi luate în considerare la alegerea arborilor plus se numără şi densitatea lemnului. Condiţiile de vegetaţie joacă şi ele un rol important în ceea ce priveşte variaţia densităţii. În cazul molidului, rezultatele cercetărilor privind influenţa latitudinii asupra densităţii lemnului rămân în general neconcludente, dar se admite că proprietatea în cauză este influenţată de altitudine (densitatea scăzând odată cu aceasta din urmă). Se admite totodată influenţa acţiunii conjugate a latitudinii cu altitudinea. La larice a fost pusă în evidenţă variaţia densităţii convenţionale cu altitudinea. În legătură cu aceasta s-a mai remarcat, concomitent, descreşterea proporţiei de lemn târziu de la 47,3 % la provenienţa de mare altitudine Sinaia-Brâna lui Răducu, la 26,66 % la provenienţa de mică altitudine Vidolm-Trascău (Dumitriu-Tătăranu, I. ş.a. citat de Stănescu, V. şi Şofletea, N. (1998). După unele date (Ugolev, B. N., 1986), la speciile de răşinoase în condiţii de vegetaţie mai puţin favorabile densitatea se măreşte, în timp ce la speciile foioase, ca mesteacăn, plop tremurător, densitatea are valori superioare acolo unde condiţiile de vegetaţie sunt mai bune. Tot aşa , la molid densitatea ar fi mai mare la arborii dominaţi decât la cei dominanţi, ca şi la exemplarele din arboretele mai dese decât la cele din arboretele rărite. La pin silvestru, molid, mesteacăn, arborii vegetând izolaţi sau în arborete rărite şi având trunchiul cu conicitate mare ar prezenta densitate mai redusă. Cercetări efectuate la speciile răşinoase au dus de asemenea la concluzia că unele măsuri silviculturale urmărind sporirea creşterii arboretelor (executarea de lucrări de îngrijire, aplicarea îngrăşămintelor) au ca efect micşorarea densităţii lemnului. Influenţa negativă a îngrăşămintelor este semnalată de Giurgiu, V. (1979). Caracteristicile arboretelor. În arboretele echiene, constituite practic numai din arbori de aceeaşi vârstă, densitatea diferă între limite foarte reduse de la un arbore la altul, în schimb în arboretele pluriene, în care arborii aparţin tuturor categoriilor de vârstă, aceasta diferă între limite relativ largi. Studii efectuate de exemplu în molidişuri echiene au pus în evidenţă valori ale coeficientului de variaţie mergând până la 11 % în timp ce molidişuri pluriene, în care densitatea oscilează între 350 şi 475 kg/m3, coeficienţii de variaţie au valori mult mai mari (Ugolev, B.N., 1986).

La arboretele tinere ai căror arbori au în componenţa lor numai lemn juvenil, nu au fost puse în evidenţă variaţii semnificative sub raportul densităţii. Prin reducerea accentuată a consistenţei, ca urmare a răriturilor de intensitate exagerată (sau din cauza producerii unor fenomene naturale), se produce o accelerare a creşterii, inelele anuale devenind mai late şi densitatea micşorându-se, rezultând astfel necesitatea intervenţiilor moderate în arboret, pentru a se putea obţine lemn de bună calitate. Caracteristicile arborilor. Una din caracteristicile arborilor care influenţează calitatea este vârsta. După Dumitriu-Tătăranu, I. (1983), la molid, densitatea convenţională creşte odată cu vârsta arborilor. Pe baza rezultatelor măsurătorilor efectuate la înălţimea de 1,30 m faţă de nivelul solului, rezultate care atestă creşterea valorilor acesteia dinspre măduvă spre exteriorul trunchiului, a fost stabilită ecuaţia de regresie:

y = 0,794 . x +78,486. (37) în care y reprezintă densitatea convenţională a lemnului format între 40-80 ani, iar x densitatea convenţională a lemnului format între 0-40 ani. Estimarea densităţii convenţionale a lemnului realizat la finele ciclului de producţie de 80 ani în funcţie de densitatea convenţională înregistrată la vârste mai mici, folosind relaţia (37) , reprezintă în test precoce, cu ajutorul căruia se poate prognoza valoarea densităţii lemnului la vârsta exploatabilităţii. În arboretele de echiene de molid cercetate în nordul Carpaţilor Răsăriteni, Horodnic, S.A. (1998) remarcă faptul că după o majorare rapidă, la început, în zona lemnului juvenil, a densităţii convenţionale, urmează o porţiune cu valori aproape constante, pentru ca, în final, să survină o nouă creştere, această dinamică fiind aproximativ asemănătoare la toate nivelurile pe trunchi. Dacă în cazul menţionat anterior, creşterea densităţii era continuă, acum ea prezintă pentru o perioadă de timp un caracter staţionar. Activarea creşterii densităţii în final şi formarea în zona periferică a trunchiului a unor inele anuale cu lemn din ce în ce mai dens sunt puse de autor pe seama tendinţei arborilor de a-şi consolida la maturitate structura de rezistenţă la solicitările externe, în concordanţă cu greutatea proprie din ce în ce mai mare. După rezultatele altor cercetători (Ugolev, B.N., 1986), la molid creşterea continuă a densităţii de-a lungul razei pe secţiunea transversală a arborilor ar fi caracteristică numai arboretelor de clase superioare de producţie, în timp ce în cazul arboretelor din clase inferioare de producţie , această caracteristică ar creşte numai până la 2/3 din lungimea razei, după care în continuare, , spre periferia trunchiului ar începe să se micşoreze. La mesteacăn şi plop, densitatea ar creşte continuu de la măduvă până la cambiu, pe când la stejar şi fag, pe aceeaşi direcţie, aceasta ar descreşte. La larice, după Dumitriu-Tătăranu, I. (1983), rezultatele măsurătorilor efectuate în arboretele naturale cu vârste de peste 120 ani demonstrează faptul că în zona lemnului juvenil, respectiv până la 25 ani, valorile densităţii convenţionale se majorează, sporul fiind mai accentual în primii 9 ani. Între 25 şi 70 ani densitatea se menţine la cote ridicate relativ constante, după care însă aceasta începe să se micşoreze, ajungând ca la vârste ridicate (115) ani, să atingă valori mai mici chiar decât cele caracteristice lemnului juvenil. De reţinut că, după autorul citat, majorarea pe rază a densităţii convenţionale începând de la axa trunchiului, ca şi perioada de stabilizare ulterioară a valorilor acestei caracteristici, ar fi valabile la un număr mare de specii şi s-ar repeta şi la celelalte secţiuni pe înălţimea trunchiului. În ceea ce priveşte variaţia cu înălţimea arborilor, se afirmă că densitatea ar lua valori mai reduse la înălţimi mai mari ale trunchiului. Lemnului de duramen îi corespund valori mai mari ale densităţii convenţionale celui de alburn. Determinările referitoare la aceste două părţi componente ale secţiunii transversale a trunchiului, efectuate la arborii de 15 ani, din speciile Quercus robur şi Q. alba (Rink, G., Mc

Bride, F.D., 1993), au condus astfel la valori ale acestora cifrate la 0,55 şi respectiv 0,51 g/cm3 în cazul primei specii şi la 0,57 şi respectiv 0,54 g/cm3 în cazul celei de-a doua. În interiorul fiecărei specii, eritabilitatea densităţii convenţionale, atât pentru duramen cât şi pentru alburn, are valori ridicate (h2>0,60). Totodată s-a remarcat că valorile densităţii convenţionale ale lemnului de duramen şi alburn scad la înălţimi şi diametre mai mari ale arborilor. Lăţimea inelelor anuale influenţează densitate în mod diferit, în raport de specia lemnoasă. La speciile răşinoase, odată cu creşterea lăţimii inelelor anuale, de3nsitatea lemnului descreşte, cauza constituind-o diminuarea proporţiei de lemn târziu şi respectiv a proporţiei de traheide cu pereţi groşi, în timp ce proporţia de lemn timpuriu, ca şi a traheidelor cu pereţii subţiri se majorează. În mod constant la speciile foioase, exceptând cazul celor cu porii aşezaţi împrăştiaţi, creşterea lăţimii inelelor anuale este însoţită de creşterea densităţii, întrucât, de această dată, concomitent, creşte proporţia de lemn târziu şi se măreşte proporţia celulelor cu rol de rezistenţă cu pereţi groşi (fibrelor). De reţinut, că după date prezentate de Filipovici, J. (1965), lemnul târziu din cuprinsul inelelor anuale are o densitate mai mare de 1,5-3 ori decât lemnul timpuriu. O concluzie asemănătoare se degajă şi din valorile densităţii convenţionale ale lemnului timpuriu şi lemnului târziu menţionate de Suciu, P. (1975) (tab. 6). Valori medii ale densităţii convenţionale corespunzătoare lemnului timpuriu (ρcltp) şi lemnului

târziu (ρcltz) Tabelul 6

Specia

ρcltp

ρcltz

Raportul

cltp

cltz

ρρ

Pin silvestru Molid Brad Duglas Larice Stejar Frasin Paltin Fag Tei

0,343 0,307 0,277 0,290 0,350 0,330 0,370 0,502 0,502 0,361

0,830 0,601 0,625 0,820 0,880 0,925 0,814 0,750 0,935 0,566

2,4 1,96 2,3 2,8 2,8 2,81 2,21 1,50 1,86 1,57

Umiditatea lemnului constituie unul din factorii principali care influenţează densitatea lemnului. Conţinutul de umiditate a lemnului, care, aşa după cum s-a arătat, poate ajunge la valori apreciabile, majorându-se, conduce la sporirea s4emnificativă a densităţii acestuia. În ceea ce priveşte însă volumul, cel de-al doilea factor care se ia în considerare la calculul densităţii, influenţa cestuia este mult mai mică, întrucât creşterea lui se manifestă numai în intervalul în care are loc creşterea cantităţii de apă legată, după care, în domeniul apei libere, când masa continuă să se micşoreze, mărimea sa rămâne constantă. Relaţiile (7) şi (8), ca şi nomograma reprezentată în figura 13 permit determinarea densităţii la orice umiditate a lemnului pornind de la densitatea în stare anhidră. Se constată, urmărind nomograma, că odată cu creşterea umidităţii, lemnul cu o valoare a densităţii în stare anhidră mai mică de 1,2 g/cm3 înregistrează un spor continuu al densităţii. Se remarcă totodată faptul că, în domeniul apei legate, densitate înregistrează o variaţie cu umiditatea mult mai mică în comparaţie cu variaţia corespunzătoare domeniului apei libere (la umidităţi mici ale lemnului, curbele de variaţie a densităţii au o înclinare mult mai redusă decât la

umidităţi mari). În cazul lemnului cu valori ale densităţii în stare anhidră de peste 1,2 g/cm3, parametrul respectiv creşte numai la valori ale umidităţii ce depăşesc punctul de saturaţie a fibrei. APLICAŢII PRIVIND DETERMINAREA DENSITĂŢII, ALE METODEI PROBELOR DE CREŞTERE EXTRASE CU BURGHIUL PRESSLER ŞI METODEI DENSITOMETRICE

Cercetările întreprinse până în prezent au scos în evidenţă oportunitatea utilizării metodei de eşantionaj nedistructiv (arborii supuşi determinărilor nu trebuie doborâţi), bazată pe măsurători întreprinse pe probe de creştere extrase cu burghiul Pressler, precum şi însemnătatea metodei densitometrice, în determinările privind densitatea, demonstrând că rezultatele obţinute pe această cale au o precizie satisfăcătoare (Nepveu, G., 1988). Pe de altă parte, densitatea fiind legată strâns de multe din proprietăţile fizice, mecanice şi tehnologice ale lemnului se poate afirma că metodele respective permit, indirect, să se obţină informaţii referitoare şi la celelalte însuşiri ale acestuia. Dintre investigaţiile la efectuarea cărora se face uz de aceste determinări se menţionează cele privind influenţa asupra calităţii lemnului şi a intervenţiilor silvotehnice (lucrări de îngrijire, fertilizări, irigaţii, desecări) şi a unor agresiuni suferite de pădure (atacuri ale ciupercilor patogene şi insectelor dăunătoare, stresului climatic,, poluanţi, eventuale erori de conducere a arboretelor), ele înlesnind localizarea în timp a fenomenelor studiate şi corelarea dinamicii acestora cu acţiunea diferiţilor factori de influenţă. În virtutea avantajelor asigurate ce decurg atât din caracterul nedistructiv, cât şi din posibilitatea de a fi efectuate măsurători de mare serie, rapide şi precise, determinările respective permit relevarea diferenţelor, sub raport statistic, în legătură cu acest parametru pentru specii diferite , dar şi în interiorul aceleiaşi specii, între grupele de indivizi, ceea ce le face aplicabile în lucrările de ameliorare genetică a calităţii lemnului. Pentru estimarea densităţii le un anumit nivel al trunchiului, ca şi a aceleia a întregului trunchi, în literatura de specialitate (Dumitriu-Tătăranu, I., 1983) se fac o serie de recomandări, ţinându-se cont de faptul că, îndeosebi la arborii bătrâni, această proprietate suferă variaţii importante, atât pe direcţia radială de la măduvă spre cambiu, cât şi pe direcţie longitudinală, de la bază spre vârf (la arborii tineri, alcătuiţi aproape numai din lemn juvenil, diferenţele sunt practic neglijabile). În principiu, în cadrul cercetărilor privind variaţiile regional-geografice ale calităţii lemnului, este suficient să se facă determinări pe probe de creştere prelevate numai de la înălţimea de 1,30 m deasupra solului, acestea permiţând evidenţierea influenţei diverşilor factori asupra densităţii. Trebuie însă ţinut cont de faptul că la unul şi acelaşi nivel al trunchiului există o variaţie a densităţii în funcţie de direcţia radială considerată, motiv pentru care, la nivelul trunchiului ales, trebuie prelevate două probe pe direcţii opuse. Probele extrase, conţinând pe lungime zone cu densităţii diferite, se împart într-un număr de segmente, care se vor supune separat determinărilor de laborator. Valoarea medie corespunzătoare celor două probe, de la nivelul ales pe trunchi, se calculează având în vedere ponderea fiecărui segment de probă în parte, raportată la aria secţiunii transversale a trunchiului. Pentru a se elimina erorile cauzate de neomogenităţile lemnului, în cazul când datorită diametrului mare al arborilor sau din cauza durităţii de asemenea mari a lemnului, nu se pot obţine probe de creştere de lungime completă de la măduvă până la coajă, se poate face apel la arborii doborâţi, de la fiecare extrăgându-se , de la nivelul urmărit, câte două carote de lungime constantă, precum şi câte o rondelă groasă de 3-5 cm. Acesteia din urmă i se determină densitatea prin xilometrare. Ulterior cu ajutorul perechilor de valori determinate ( câte una pentru carote şi una pentru rondele), se stabilesc ecuaţiile de regresie care permit

calcularea densităţii rondelelor în funcţie de densitatea carotelor, stând astfel la baza estimării densităţii trunchiului la nivelul la care s-a efectuat eşantionajul. În cazul determinărilor privind biomasa lemnoasă este necesar să se estimeze densitatea întregului trunchi al arborilor. Întrucât la arborii vârstnici densitatea probelor de creştere provenite de la 1,30 m este de regulă mai mare decât cea a întregului trunchi şi astfel ar rezulta o valoare eronată, mai mare, a biomasei, decât cea reală, densitatea trunchiului se estimează cu ajutorul unor regresii având la bază carote şi rondele prelevate de la mai multe înălţimi de pe trunchi şi de la un număr suficient de mare de arbori aparţinând unor clase de diametre diferite. Horodnic, S.A. (1988), făcând apel la metoda eşantionajului nedistructiv, a stabilit că, la molid, în arborete echiene situate în regiunea nordică a Carpaţilor Orientali, variaţia densităţii convenţionale medii a trunchiului este mult mai mică decât variaţia altor caracteristici dendrometrice, coeficienţii de variaţie corespunzători (oscilând între 1,6 şi 5,3 %) având valori mult mai mici comparativ cu cei determinaţi în cazul diametrului de bază (19,1-24,7 %), sau al înălţimii (5,2-13,6 %). O altă deosebire priveşte structurarea arboretelor în raport cu densitatea convenţională, care, în raport cu structurarea normală raportată la diametrul de bază şi înălţime, pune în evidenţă o tendinţă de grupare a unui număr tot mai mare de arbori în clasele centrale de densitate odată cu înaintarea în vârstă. În cazul speciei cercetate, densitatea convenţională medie a trunchiului este puternic corelată (r=0,871) cu densitatea la înălţimea de 1,30 ρc1,30, ecuaţia de regresie cu ajutorul căreia aceasta se poate determina având forma:

ρclr = 0,033764+0,886232 . ρc1,30 (38) Acelaşi autor remarcă de asemenea faptul că biomasa arboretelor , calculată în funcţie de valorile pe categorii de diametre ale volumului şi densităţii convenţionale, creşte odată cu vârsta, ca urmare a depunerii la periferia secţiunii transversale a trunchiului arborilor, a unor inele anuale cu lemn având densitatea mai ridicată. Cunoaşterea densităţii folosind metoda probelor de creştere prezintă un interes major în cazul cercetărilor vizând realizarea de arborete de răşinoase (în particular de molid) cu arbori având lemn cu densitate şi rezistenţe mecanice superioare, apt ca material pentru construcţii, (şarpante), ca şi în cazul investigaţiilor urmărind obţinerea unei producţii superioare de biomasă, element cu importanţă inclusiv în ceea ce priveşte utilizările papetare ale materiilor prime lemnoase (Nepveu, G., 1984). Alte cercetări, efectuate cu ajutorul aceleiaşi metode a probelor de creştere extrase cu ajutorul burghiului Pressler, au dus la concluzia că pe această cale se poate reliefa sensibilitatea arborilor în picioare la acţiunea nefavorabilă a factorilor mediului înconjurător. Nepveu, G., Bailly, A. şi Coquet, M. (1985) precizează de pildă că arborii de molid, a căror densitate, determinată în acest mod, este mai redusă, sunt mai expuşi la doborâturile de vânt. Tot aşa, Nepveu, G., (1988) menţionează, citând unii autori (Monchaus, Ph., Boulet-Gercourt, B.), că prezenţa crăpăturilor la arborii în picioare, în cazul molidului şi bradului de Vancouver, este în strânsă corelaţie cu densitatea mai redusă a lemnului lor. Făcând apel la metoda densitometrică, Polge, H. (1982, 1984) ajunge la concluzia că fisurile radiale, puse în evidenţă la exemplarele de duglas de 13 şi respectiv 20 ani, apar cu o probabilitate cu atât mai mare cu cât valorile densităţii minime anuale a lemnului sunt mai scăzute. În urma observaţiilor efectuate s-a constatat că aceste fisuri sunt localizate în părţile alburnului cu umiditatea mai redusă şi nu depăşesc decât rareori lăţimea inelelor anuale, limitându-se de regulă la zona lemnului timpuriu din cuprinsul acestora. Lungimea lor, în direcţie axială, ajunge la câteva zeci de centimetri. Cauza cea mai plauzibilă a prezenţei acestui defect, care antrenează pierderi de rezistenţă mecanică, ar fi seceta din unii ani.

Autorul consideră că. Executarea elagajului, valorile densităţii minime anuale ar putea fi majorate şi în consecinţă fisurile ar putea fi eliminate. Tot cu ajutorai metodei densitometrice, N e p v e u, G. şi T r a n N g o c, T. (1984) au analizat legătura dintre densitate şt calitatea suprafeţei scândurilor de duglas rindeluite - o proprietate tehnologică a lemnului S-a constatat ca atât în cazul uneia şi aceleiaşi scânduri, cât şi în cazul scândurilor provenire de la arbori diferiţi, calitatea suprafeţei prelucrate este influenţată în mod determinant de valorile densităţii minime anuale. A rezultat că un spor al densităţii minime anuale de 0,065 g/cm3, realizat prin lucrări de selecţie, poate conduce la ameliorarea cu 40 % a criteriului de rugozitate studiat (înălţimea microdenivelărilor este diminuată cu 7 μm faţă de 18 μm cât au în mod obişnuit acestea). Folosind metoda densitometrică în cazul unor cercetări întreprinse la molid, Leban, J., M. (1995) ajunge la concluzii extrem de interesante în legătură cu variaţia densităţii lemnului în cuprinsul inelelor anuale, în funcţie de lăţimea acestora. Aşa după cum rezultă din figura 18. autorul a pus în evidenţă, la .specia respectiva, inele anuale având între 1 şi 11 mm lăţime. Corespunzător acestor clase de lăţime, pe baza rezultatelor măsurătorilor efectuate au fost trasate 11 profile microdensitometrice. Se observă urmărind mersul curbelor respective că simultan cu creşterea lăţimii inelelor anuale, are loc o diminuare a valorilor medii ale densităţii, confirmându-se astfel veridicitatea concluziei referitoare la legătura la speciile răşinoase dintre cele două caracteristici, menţionată anterior. Totodată, se înregistrează şi o micşorare a valorilor maxime ale densităţii. Concomitent, are loc micşorarea eterogenităţii valorilor densităţii, întrucât, pe măsura creşterii lăţimii inelelor anuale, diferenţa între valorile maxime şi minime ale acesteia se micşorează. De reţinut că modelul de variaţie precizat se consideră a fi caracteristic speciei, nefiind determinat de condiţiile staţionale.

Fig. 18 Profile microdensitometrice medii, evidenţiind, la molid, variaţia densităţii în cuprinsul inelelor anuale din clasele de lăţime 1-11 mm.

Alteori, se impune, tot prin standarde, livrarea lemnului având în mod obligatoriu anumite densităţi, cum este cazul rămăşiţelor şi calotelor de lemn pentru industria celulozei şi hârtiei. La acestea, se prevăd valori medii ale densităţii diferite de la un trimestru la altul (tab 7), ţinându-se cont de faptul că, sub influenţa factorilor meteorologici, în perioada de timp considerată lemnul din care provine are umidităţi diferite. Pe de altă parte, descreşterea umidităţii şi respectiv micşorarea densităţii şi a masei lemnului interesează în practică, în mod deosebit, ca urmare a implicaţiilor pozitive în ceea ce

priveşte transportul unui lemn mai uşor, întrucât cheltuielile implicate de deplasarea acestuia se micşorează cu atât mai mult cu cât perioada de păstrare a lui la pădure este mai lungă. În prezent, pentru precizarea cantităţii de lemn brut dintr-un număr de sortimente livrate către beneficiar, se utilizează, ca unităţi de măsură, unităţile de masă kilogramul, respectiv tona. În această grupă intră lemnul pentru mangalizare şi combustibil, lemnul de stejar pentru extracte tanante, lemnul pentru distilare uscată, materii prime lemnoase pentru industria celulozei şi hârtiei rezultate la diversele operaţii de prelucrare, lemnul pentru căptuşeli de mină. Sortimentele în cauză se prezintă sub formă de lemn de steri, buturi greu despicabile, lemn de crăci, de fusuri subţiri şi vârfuri, de rămăşiţe, capete de lemn, tocătură, aşchii, talaş, rumeguş. Utilizarea densităţii şi masei câştigă de asemenea tot mai mult teren în gestionarea lemnului în domeniul exploatărilor forestiere, metoda cântăririi prezentând avantajul că este simplă, rapidă şi obiectivă. Pe această cale pot fi depăşite dificultăţile de determinare a volumului lemnului cu neregularităţi, iar rezultatul obţinut – masa, prin informaţia conţinută, poate fi mai uşor pusă în legătură cu costurile şi consumul de carburanţi care se înregistrează în procesele tehnologice de colectare şi transport. Pentru determinarea volumului de lemn fără coajă (net) VL, pornind de la masa totală, tot fără coajă, determinată prin cântărire, MT, Kruch, J. (1994) recomandă relaţia:

VL = MT. CL

CT

T ρρρρ

ρ −−

.1 , (39)

în care: ρL, ρC, ρT sunt densităţile aparente ale lemnului fără coajă, ale cojii şi ale lemnului cu coajă. Aplicarea în practică a cestei relaţii presupune cunoaşterea anticipată a valorilor pentru fiecare din cele trei categorii de densitate. Se consideră că utilizarea, în condiţii de producţie, a unor valori medii ale densităţii pentru perioada de vară (aprilie –septembrie) şi respectiv pentru perioada de iarnă (octombrie – martie) permite obţinerea unor rezultate satisfăcătoare sub raportul preciziei determinărilor.

UMFLAREA ŞI CONTRAGEREA LEMNULUI Din. momentul în care, datorită higroscopicităţii, în lemn îşi fac simţită prezenţa primele cantităţi de apă prelevate din mediul înconjurător începe să aibă loc şi variaţia dimensiunilor acestuia. Creşterea dimensiunilor şi volumului, ca urmare a creşterii conţinutului de apă legată, poartă numele de umflarea lemnului. Contragerea lemnului este o însuşire opusă umflării, constând în micşorarea dimensiunilor şi volumului, datorită micşorării conţinutului de apă legată. Dimensiunile minime se înregistrează când lemnul se află în stare absolut uscată, iar dimensiunile maxime se realizează atunci când acesta conţine o cantitate maximă de apă legată, respectiv când se află la punctul de saturaţie a fibrei.

CLASIFICARE, SIMBOLURI UTILIZATE, DETERMINARE ŞI EXPRIMAREA REZULTATELOR

CLASIFICARE ŞI SIMBOLURI UTILIZATE

Se observă, din însăşi definiţiile date, că umflarea şi contragerea pot fi liniare, când variaţiile suferite de probele de lemn se referă la dimensiunile acestora şi volumice, când variaţia priveşte volumul probelor.

În raport cu cele trei direcţii principale de orientare structurală a lemnului, umflarea şi contragerea pot fi longitudinale, radiale şi tangenţiale. În lucrările de specialitate, umflarea lemnului se notează cu simbolul α, iar contragerea lemnului cu simbolul β. Reglementările în vigoare prevăd determinarea următoarelor categorii de umflare şi contragere: - umflarea şi contragerea totale, în procente, considerate pentru întregul domeniu al apei higroscopice (αmax, βmax); - umflarea şi contragerea până la umiditatea normalizată a lemnului (12%) sau până la umiditatea de echilibru în mediul normal (aerul înconjurător cu umiditatea relativă de 65 ± 5% şi temperatura de 20 ± 2 °C), în procente, considerate numai în domeniul apei higroscopice (α, β); - coeficienţii de umflare şi de contragere pentru 1% umiditate (Kα, Kβ). În toate aceste trei cazuri, valorile determinate se pot referi atât la umflarea şi contragerea liniare, cât şi la umflarea şi contragerea volumice. Contragerea liniară se determină, conform normelor actuale, pe toate cete trei direcţii structurale principale ale lemnului, pe când umflarea liniară se evaluează numai pe direcţia radială şi tangenţială. Pentru exemplificarea notaţiilor utilizate, se redau simbolurile privind contragerea totală (βl, βr, βt, βv), contragerea până la umiditatea normalizată (βl, βr, βt, βv) şi coeficienţii de contragere (Kβl, Kβr, Kβt, Kβv). Având în vedere denumirile de umflare şi contragere totale date acestora în cazul variaţiei dimensiunilor şi volumului pentru întregul domeniu al apei legate, pentru variaţia până la umiditatea normalizată a lemnului umflarea şi contragerea se consideră parţiale. De asemenea, tot parţiale sunt şi umiditatea şi contragerea pentru oricare domenii de variaţie a umidităţii având limita superioară sub Ws, acum însă simbolul folosit indicând şi domeniul respectiv. Spre exemplu, când umiditatea variază între 0 şi 10%, umflarea liniară tangenţială se notează cu simbolul αt(0-10).

DETERMINARE Evaluarea umflării şi contragerii se efectuează, în principiu, determinând dimensiunile, în direcţiile radială, tangenţială şi, după caz longitudinală, ale unor epruvete cu umiditatea egală cu cea de saturaţie a fibrei, cu cea de echilibru şi cu zero. Epruvetele (fig. 1) trebuie să aibă forma unei prisme rectangulare, cu secţiunea pătrată, cu latura de 20 mm. Lungimea, paralelă cu fibrele, este de 10-30 mm, în cazul determinărilor

privind umflarea şi de 100 mm în cazul determinărilor privind contragerea. Fig. 1 Epruvetă pentru determinarea umflării lemnului Pentru determinarea dimensiunilor minime, caracteristice stării anhidre a lemnului, epruvetele se usucă în etuvă la o temperatură de 103±20C. Uscarea se consideră încheiată când diferenţa dintre două măsurători consecutive, efectuate la fiecare 2 ore, nu depăşeşte 0,02 mm. Se va evita producerea fisurilor, care pot influenţa

în mod negativ forma şi dimensiunile acestora.

Pentru aducerea epruvetelor la umiditatea de echilibru cu mediul considerat normal, când lemnul are umiditatea de 12 %, acestea se condiţionează. Măsurarea dimensiunilor se repetă la fiecare 6 ore, după stabilizarea regimului de condiţionare. În final, diferenţa dintre două determinări trebuie să fie mai mică de 0,02 mm. Dimensiunile maxime ale epruvetelor, corespunzătoare unei umidităţi mai mari sau cel puţin egale cu umiditatea de saturaţie a fibrelor, se stabilesc după ce acestea se ţin în apă distilată, la o temperatură de 20±50C, până când diferenţa dintre două măsurători consecutive nu depăşeşte 0,02 mm. Cântăririle până la masa considerată constantă se fac din 3 în 3 ore. Măsurătorile succesive până la atingerea valorilor finale, constante, se fac întotdeauna pe 2-3 epruvete, abaterile trebuind să nu depăşească 0,01 mm. Dimensiunile epruvetelor care se usucă pentru a ajunge în stare anhidră se măsoară după răcirea lor prealabilă în exsicator. Epruvetele crăpate în timpul încercărilor se îndepărtează. În cazul determinării umflării, epruvetele supuse măsurătorilor sunt mai întâi în stare anhidră, apoi în echilibru cu mediu normal şi în final la umiditatea de saturaţie a fibrei, în timp ce în cazul determinării contragerii ordinea celor trei stări se inversează. Probele de creştere extrase cu burghiul Pressler, aşa după cum dovedit cercetările întreprinse până în prezent, pot fi folosite cu succes la determinarea contragerii lemnului. O condiţie de bază care se impune, pentru a se asigura rezultatelor o precizie cât mai ridicată, este aceea ca, la extracţia din arbore, acestea să fie bine centrate, pentru a urmării perfect linia razelor şi să nu conţină nici-un fel de defecte ale lemnului. Măsurătorile se pot efectua pe segmente de probe de o anumită lungime, de exemplu de 10 cm, cu lemn cât mai omogen, provenit numai din alburn, din duramen, din lemn matur sau din lemn juvenil (fig. 2). Contragerea radială se determină măsurând lungimea segmentelor de probe. Pentru determinarea contragerii tangenţiale se măsoară diametrul probelor perpendicular pe direcţia fibrelor, iar pentru determinarea contragerii longitudinale se măsoară diametrul orientat pe direcţia fibrelor. Măsurătorile se execută mai întâi pe probele proaspăt extrase din arborii în picioare, sau îmbibate în acest scop în apă şi după aceea pe probele deshidratate. Uscarea se face într-o etuvă termoreglabilă, probele fiind fixate în dispozitive prevăzute cu şanţuri longitudinale şi cu orificii de eliminare a vaporilor de apă, care să permită păstrarea rectitudinii şi îndepărtarea uşoară a umidităţii. La determinarea contragerilor tangenţiale şi longitudinale se va ţine cont că zonele de lemn timpuriu şi târziu se contrag diferit, dovadă

fiind faptul că, după deshidratare, probele prezintă ondulaţii.

Fig. 2 Direcţiile de măsurare la determinarea contragerii folosind

probele de creştere extrase cu burghiul Pressler

r - radială; t – tangenţială; l - longitudinală

Drept urmare, contragerile pe

direcţiile respective se vor determina fie ca medii ale măsurătorilor efectuate, într-un număr mare de puncte, egal distanţate, şi care nu ţin seama de existenţa celor două zone din cuprinsul inelelor anuale. Contragerea volumică. Aşa după cum se va arăta în continuare, se poate calcula însumând valorile contragerilor radiale, tangenţiale şi longitudinale. EXPRIMAREA RE4ZULTATELOR Umflarea totală este dată de relaţia:

αmax = 100.min

minmax

aaa −

[%], (1)

în care αmax reprezintă dimensiunile, în mm, sau volumul, în mm3, ale epruvetelor la o umiditate mai mare sau egală cu cea de saturaţie a fibrelor, iar αmin, dimensiunile în mm, respectiv volumul, în mm3, ale epruvetelor în stare absolut uscată. Umflarea până la umiditatea de echilibru în mediul normal rezultă din relaţia:

α = 100.min

min

aaa − [%], (2)

în care α simbolizează dimensiunile sau volumul epruvetelor cu umiditatea corespunzătoare mediului cu umiditatea relativă a aerului 65±5% şi temperatura 20±20C, iar αmin are aceeaşi semnificaţie cu cea di relaţia (1). Umflarea parţială se determină cu relaţia:

100.1

2

21w

wwww α

ααα

−=− [%] (3)

unde w1 şi w2 (w2 > w1) sunt valorile umidităţii între care se produc variaţiile dimensionale şi volumice, iar

1wα şi 2wα sunt dimensiunile şi respectiv volumul la aceste umidităţi.

Coeficientul de umflare pentru 1% umiditate se determină cu ajutorul relaţiei:

sWK maxα

α = , (4)

în relaţia (4) αmax fiind umflarea totală, şi ws – umiditatea de saturaţie a fibrelor, egală cu 30%. Contragerea totală se obţine din relaţia:

100.max

minmaxmax α

ααβ

−= [%] (5)

în care αmax şi αmin au semnificaţiile cunoscute din relaţia (1). Contragerea până la umiditatea de echilibru în mediul normal se calculează cu relaţia:

100.max

max

ααα

β−

= [%], (6)

în care αmax şi α au semnificaţiile corespunzătoare relaţiilor (1) şi (2). Contragerea parţială rezultă din expresia:

100.2

12

12w

wwww α

ααβ

−=− [%], (7)

unde simbolurile w1, w2, 1wα şi

2wα (w2 > w1) au aceeaşi semnificaţie ca în relaţie (3). Coeficientul de contragere pentru 1% umiditate este:

sWK maxβ

β = , (8)

în expresia (8), βmax fiind contragerea totală şi Ws – umiditatea de saturaţie a fibrelor, egală cu 30 %. Rezultatele privind umflarea şi contragerea se rotunjesc până la 0,1%, iar cele privind coeficienţii de umflare şi contragere se rotunjesc până la 0,01% pentru 1% umiditate.

RELAŢIILE PRIVIND UMFLAREA ŞI CONTRAGEREA, UTIŞIZATE ÎN CALCULE INGINEREŞTI

CALCULUL UMFLĂRII ŞI CONTRAGERII VOLUMICE ÎN FUNCŢIE DE

UMFLĂRILE ŞI CONTRAGERILE LINIARE Considerând o epruvetă în stare absolut uscată şi având volumul şi laturile egale cu unitatea, după umflare volumul şi laturile acesteia cresc cu αv şi respectiv cu α l, αr, α t, putându-se scrie relaţia:

1+αv = (1+αl)( 1+αr)( 1+αt), din care rezultă:

αv = (1+αl)( 1+αr)( 1+αt) – 1.

Efectuând înmulţirile şi neglijând termenii cu valoare foarte mică, obţinem următoarea relaţie de calcul a umflării volumice:

αv ≡ αl + αr + α t. (9) În cazul contragerii, volumul şi dimensiunile epruvetei devin mai mici decât unitatea, ajungând la valorile:

1 – βv; 1 – βl; 1 – βr; 1 – βt;

Reiese că: (1 – βv) = (1 – βl) (1 – βr) (1 – βt)

sau: βv = 1- (1 – βl) (1 – βr) (1 – βt).

Dezvoltând parantezele şi eliminând termenii cu valoare mică, la fel ca în cazul anterior, rezultă ecuaţia contragerii volumice:

βv = βl + βr + βt (10)

RELAŢIILE RECIPROCE ÎNTRE UMFLARE ŞI CONTRAGERE

Se scriu relaţiile generale ale umflării şi contragerii lemnului (exprimate sub formă de fracţii zecimale), ţinând cont de volumele V1, V2 ale epruvetei, condiţia fiind V1 < V2:

1

12

VVV

v−

=α ; 1

12

VVV

v−

=β

se observă că:

αv. V1 = βv.V2 (11)

Pornind de la relaţia (11), se scrie:

αv = βv.1

2

VV

Se efectuează notaţiile V2 = 1 şi V1 = 1 - βv şi rezultă că umflarea volumică se poate determina în funcţie de contragerea volumică folosind următoarea relaţie de calcul:

αv = v

v

ββ−1

(12)

Considerând aceeaşi relaţie de calcul (11) se poate de asemenea scrie:

βv = αv2

1

VV

Luând V1 = 1 şi V2 = 1 + αv , rezultă următoarea relaţie de calcul a contragerii volumice în funcţie de umflarea volumică:

βv = v

v

αα+1

(13)

În mod similar se pot deduce relaţiile reciproce dintre umflările şi contragerile liniare. RELAŢIILE RECIPROCE DINTRE COEFICIENŢII DE UMFLARE ŞI DE CONTRAGERE Calculul coeficientului de contragere în funcţie de coeficientul de umflare.

Din relaţiile de calcul ale umflării maxime şi contragerii maxime αmax = 100.min

minmax

aaa −

[%]

şi 100.max

minmaxmax α

ααβ

−= [%], reiese că:

αmax . αmin = βmax . αmax, respectiv:

βmax = min

minmax .ααα

Luând αmin = 100 şi αmax = 100 + 30Kα , se poate scrie:

βmax = α

αK.30100

.100 max

+

Având în vedere relaţiile sW

K maxββ = şi

sWK maxα

α = , rezultă:

Kβ = α

α

KK

.30100.100

+ (14)

Calculul coeficientului de umflare în funcţie de coeficientul de contragere.

Relaţia de calcul a coeficientului de umflare în funcţie de coeficientul de contragere se deduce în mod similar, rezultând:

Kα = β

βK

K.30100

.100−

(15)

RELAŢIA DDE CALCUL PRIVIND UMFLAREA ŞI CONTRAGEREA

PERPENDICULARE PE FIBRE

Umflarea şi contragerea perpendiculare pe fibre se determină ca medii aritmetice ale umflărilor, respectiv contragerilor radiale şi tangenţiale.

2tr αα

α+

=⊥ ; (16)

2tr ββ

β+

=⊥ (17)

CALCULUL COEFICIENTULUI DE CONTRAGERE VOLUMICĂ ÎN FUNCŢIE DE

COEFICIENŢII DE CONTRAGERE RADIALĂ ŞI TANGENŢIALĂ

Coeficientul de contragere volumică se poate calcula în funcţie de coeficienţii de contragere radială şi tangenţială cu ajutorul următoarei relaţii de calcul:

tttrvKKKKK βββββ .3,0−+= (18)

CALCULUL CONTRAGERII DUPĂ UNGHIUL θ FAŢĂ DE DIRECŢIA RADIALĂ

Se utilizează direcţia stabilită de Keylwerth, R.:

βθ = βt sin2 θ + βr cos2 θ (19)

DINAMICA UMFLĂRII ŞI CONTRAGERII

Umflarea şi respectiv contragerea lemnului se produc, aşa după cum s-a arătat,ca urmare a variaţiei umidităţii lui în domeniul apei legate. Studiul variaţiei dimensiunilor pune în evidenţă faptul că umflarea nu se produce tot timpul proporţional cu cantitatea de apă pătrunsă în lemn, observându-se că la începutul sorbţiei, respectiv în timpul sorbţiei moleculare, are loc un fenomen de contracţie, ilustrat prin aceea că volumul lemnului umed, conţinând primele cantităţi de umiditate, este mai mic decât suma lemnului absolut uscat şi al apei, densitatea acesteia din urmă ridicându-se, în compensaţie, la 1,1 – 1,2 g/cm3. Anterior, se considerau drept cauze ale acestei contracţii forţele de atracţie electrice foarte mari între dipolii apei disociate şi grupele OH libere. Explicaţia dată în prezent (Ugolev, B.D., 1986) are la bază noua concepţie privind structura apei. Conform opiniilor actuale, în compoziţia apei,, în afara moleculelor libere ar participa şi aşa numiţii clusteri (în lb. engleză ciorchini, îngrămădiri) – agregate de molecule care se formează şi se degradează treptat. Clusterii au densitatea 0,92 g/cm3, iar apa sub formă de molecule libere 1,12 g/cm3. Creşterea densităţii apei pătrunse în pereţii celulari şi fenomenul de contracţie s-ar datora degradării clusterilor de către componentele lemnului şi majorării proporţiei apei prezente sub formă de molecule neagregate. Se menţionează că lipsa unor corelaţii perfecte între variaţia umidităţii şi variaţia dimensională, pusă în evidenţă şi în alte cazuri, nu este întotdeauna pe deplin explicată până

în prezent. Un exemplu în acest sens îl constituie lemnul de larice, la care, la începutul sorbţiei, (până la umiditatea de 0,7 %) are loc micşorarea dimensiunii pe direcţie tangenţială, nu creşterea acesteia cum ar fi de aşteptat; fenomenul de contracţie se resimte în acest caz până când umiditatea ajunge la 5-6%. La epruvetele de pin şi fag, după o creştere corespunzătoare în lungime până la umiditatea de 20%, la umidităţi mai mari se observă o scurtare a lor. În ceea ce priveşte contragerea, la început, cât timp se îndepărtează umiditatea în stare de vapori şi de pelicule lichide din spaţiile capilare şi mai puţin apa în stare de vapori disociată dipolic din spaţiile intra şi intermicrofibrilare, aceasta este relativ lentă. După îndepărtarea întregii cantităţii de apă din spaţiile capilare, contragerea se intensifică. Pentru calculele practice se admite însă aproximaţia că atât umflarea cât şi contragerea variază liniar cu umiditatea. Dinamica umflării lemnului, în ipoteza că variaţia dimensiunilor şi volumului, în domeniul apei legate, este proporţională cu variaţia umidităţii, se prezintă grafic în figura 3, pentru speciile fag (fig. 3 a) şi pin silvestru (fig. 3 b). Examinând curbele redate în aceste figuri, pe lângă mersul liniar al umflării se remarcă faptul că, în cazurile date dimensiunile cresc şi după depăşirea punctului de saturaţie a fibrei. Tot odată variaţia umflării nu relevă un punct precis de inflexiune în dreptul umidităţii de saturaţie a fibrei, ci pune în evidenţă o schimbare lentă a direcţiei, într-o zonă de valori superioară acesteia. Cauza ar fi prezenţa apei libere în golurile celulare chiar mai înainte de a se fi ajuns la cantitatea maximă de apă legată, ca şi sorbţia neuniformă a umidităţii le piesele de lemn mari. De asemenea, ca urmare a conţinutului neuniform de umiditate al sortimentelor de lemn, manifestat în practică, de obicei contragerea începe înainte ca umiditatea medie a acestora să coboare până la punctul de saturaţie a fibrei.

Fig. 3 Curbele umflării lemnului de fag(a) şi pin silvestru (b)

Histerezisul umflării şi al contragerii. Datorită fenomenului de histerezis, la aceleaşi valori ale umidităţii lemnului, volumul specific al probelor supuse contragerii este mai mare decât al celor supuse umflării (fig. 4). Se precizează totodată faptul că, din acelaşi motiv, la probele de lemn de fag a căror umiditate a fost îndepărtată complet, volumul specific

determinat după contragere este mai mare decât volumul specific iniţial de la începutul sorbţiei.

Fig. 4 Histerezisul umflării şi al contrageri la molid în funcţie de volumul specific FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ UMFLAREA ŞI CONTRAGEREA.

CARACTERUL ANIZOTROP AL UMFLĂRII ŞI CONTRAGERII

Umiditatea lemnului în domeniul apei legate. S-a văzut din cele arătate anterior că umflarea şi contragerea depind de umiditatea lemnului în domeniul apei legate, fiind corelate cu fenomenul higroscopicităţii acestuia. Specia lemnoasă. În afară de umiditate, umflarea şi contragerea sunt influenţate şi de alţi factori. O influenţă importantă are specia lemnoasă. Pentru ilustrare în tabelul 1 sunt consemnate valorile coeficientului de umflare volumică, iar în tabelul 2 valorile contragerilor totale radiale, tangenţiale şi volumice, şi ale coeficienţilor de contragere corespunzători, pentru o serie de specii forestiere mai importante din ţara noastră. Valorile coeficientului de umflare volumică ale lemnului unor specii forestiere principale

din România Tabelul 1

Specia v

Kα , în % Specia v

Kα , în % Brad 0,39 Mesteacăn 0,52 Molid 0,38 Paltin de câmp 0,36 Pin negru 0,49 Paltin de munte 0,33 Pin silvestru 0,40 Plop negru 0,40 Anin alb 0,44 Plop tremurător 0,38 Anin negru 0,42 Salcie albă 0,36 Carpen 0,63 Salcâm 0,45 Cer 0,47 Stejar 0,49 Cireş pădureţ 0,40 Stejar roşu 0,41 Fag 0,58 Tei argintiu 0,48

Frasin 0,47 Tei cu frunza mare 0,46 Gorun 0,46 Tei pucios 0,54

Valorile contragerilor totale radiale, tangenţiale şi volumice, şi ale coeficienţilor de

contragere corespunzători, pentru câteva specii principale din România Tabelul 2

Specia Contragerea în % radială tangenţială volumică βrmax

rK β βt max

tK β βvmax

vK β

Brad 3,5-4,7 0,13 6,5-8,5 0,26 8,5-14,5 0,39 Molid 3,5-4,5 0,12 6,5-8,5 0,25 8,0-14,5 0,38 Pin silvestru 2,5-6,0 0,14 6,5-9,5 0,27 10,2-14,7 0,41 Fag 4,0-6,8 0,19 10,0-12,5 0,39 15,0-20,0 0,60 Stejar 3,5-7,5 0,15 7,0-13,5 0,29 11,0-17,5 0,45 Gorun 3,8-7,5 0,18 6,5-13,5 0,30 12,0-18,5 0,48

În funcţie de valoarea coeficientului de contragere volumică, conform unor date semnalate de Filipovici, J. (1965), speciile forestiere sunt împărţite, în următoarele trei categorii: Specii cu contragere mică (

rK β < 45%): pin negru, plop, brad, tei, pin silvestru;

Specii cu contragere mijlocie (r

K β = 0,45-0,54%): cireş, arţar, larice, mesteacăn, nuc comun, paltin;

Specii cu contragere mare (r

K β > 0,54%): fag, tisă, frasin. Stejar, carpen, salcâm. Direcţiile structurale fundamentale ale lemnului constituie un alt factor cu o puternică influenţă, diferenţele imprimate de direcţiile radială, tangenţială sau longitudinală cauzând caracterul anizotrop al umflării şi contragerii acestuia. În primul rând se remarcă faptul că pe secţiunea transversală se înregistrează cele mai mari valori ale proprietăţii în speţă, valorile caracteristice direcţiei longitudinale fiind în schimb foarte reduse. După date menţionate de Suciu, P. (19759, de pildă, între valorile umflării (contragerii) totale longitudinale, radiale şi tangenţiale, cele ale umflării (contragerii) totale longitudinale fiind considerate egale cu unitatea, raportul aproximativ, indiferent de specie, este 1:10:20. Astfel, umflarea longitudinală s-ar cifra la 0,05-0,7%; umflarea radială la 2,2-5,2% la răşinoase şi la 1,2-8,5 la foioase; umflarea tangenţială la 4,0-9,0% la răşinoase şi la 3-16% la foioase. Din acest exemplu reiese totodată că umflarea (contragerea) variază şi în cuprinsul secţiunii transversale, pe direcţie tangenţială fiind de circa două ori mai mari decât pe direcţie radială. Umflarea (contragerea) reduse pe direcţie longitudinală, comparativ cu cele pe secţiune transversală, trebuie puse în legătură cu faptul că elementele anatomice ale lemnului sunt alungite mai cu seamă în lungul tulpinii şi că microfibrilele sunt orientate în principal pe direcţia axei lungi a celulelor, ceea ce face ca sorbţia sau desorbţia umidităţii din spaţiile intra şi intermicrofibrilare să conducă la diminuarea (creşterea) dimensiunilor îndeosebi pe secţiune transversală. În ceea ce priveşte deosebirile remarcate în cuprinsul secţiunii transversale, valorile net superioare ale umflării (contragerii) tangenţiale s-ar datora, în cazul unor specii, densităţii mai mari a lemnului târziu faţă de cea a lemnului timpuriu. Se consideră că o densitate mare înseamnă o masă sporită a pereţilor celulari, ceea ce antrenează o creştere a cantităţii de apă legată şi, ca urmare, o creştere a mărimii variaţiei dimensionale. Datele privind valorile contragerii totale tangenţiale a lemnului din cele două zone, prezentate în tabelul 3, confirmă

acest fapt (la speciile foioase cu pori împrăştiaţi, zona de lemn timpuriu este considerată, în cazul dat, egală cu prima jumătate a inelelor anuale, iar zona de lemn târziu egală ce cea de a doua jumătate a acestora).

Date privind contragerea totală tangenţială βr max a zonelor de lemn timpuriu şi târziu Tabelul 3

Specia Contragerea % Specia Contragerea % Lemn timpuriu Lemn târziu Lemn timpuriu Lemn târziu

Larice 7,8 9,4 Fag 11,4 11,8 Pin 6,7 7,5 Mesteacăn 8,6 9,3 Molid 6,1 7,4 Plop 9,4 10,6 Stejar 8,4 9,8 Salcie 6,5 6,9

Considerând cazul secţiunii transversale întregi a lemnului, în care zonele de lemn târziu alternează cu zonele de lemn timpuriu, se constată o influenţă reciprocă a acestora: umflarea (contragerea) lemnului ca întreg se situează la un nivel inferior zonelor de lemn târziu, luate separat şi deasupra acelora ale zonelor de lemn timpuriu. În urma măsurătorilor efectuate, în acest sens, asupra unor microsecţiuni de lemn timpuriu şi a unora de lemn târziu, din alburnul de pin, a reieşit că, în primul caz, contragerea tangenţială totală s-a cifrat la 9,2 %, iar în al doilea caz, la 5,5 %. Contragerea tangenţială determinată pe probe din alburnul de pin conţinând ambele zone a avut valoarea de 8,5 % (Ugolev, B. N., 1986). Pe direcţie radială, variaţia dimensională, care ar trebui să se constituie ca o rezultantă a variaţiei celor două zone, este influenţată de prezenţa razelor, diminuându-se pe măsură ce creşte proporţia acestora în volumul lemnului. Datorită particularităţilor structurii fine a pereţilor celulari, s-au pus în evidenţă

deosebiri privind raportul dintre contragerea tangenţială şi contragerea radială ⟩⟨r

t

ββ

şi în

cuprinsul uneia şi aceleiaşi zone (de lemn timpuriu, respectiv de lemn târziu), din cadrul inelului anual. În cazul lemnului timpuriu, acest raport are valoarea 2-3 la speciile răşinoase (la larice chiar 5), în timp ce în catul lemnului târziu, acelaşi raport este de circa două ori mai mic. S-a remarcat, de asemenea, la nivelul celulelor, o contragere a pereţilor tangenţiali (pe secţiunea transversală) mai mare decât cea a pereţilor radiali. Deosebiri în ceea ce priveşte mărimea contragerii s-au pus în evidenţă şi între diferitele straturi componente ale pereţilor celulari.

Valorile rapoartelor r

t

αα

şi r

t

ββ

, aşa după cum se observă în tabelul 4, descresc pe

măsură ce densitatea lemnului se micşorează.

Valorile rapoartelor r

t

αα şi

r

t

ββ în funcţie de densitatea lemnului

Tabelul 4 Densitatea g/cm3

r

t

αα

r

t

ββ

0,3-0,5 3,68-1,52 2,22-1,89 0,5-0,7 2,26-1,41 1,92-1,66 0,7-0,9 2,08-1,29 1,75-1,39 0,9-1,1 1,76-1,23 1,55-1,30

1,1-1,3 - 1,41-1,19

CONSECINŢE ALE UMFLĂRII ŞI CONTRAGERII

VARIAŢII DIMENSIONALE Din cauza variaţiei umidităţii şi, implicit, datorită proceselor de umflare şi contragere, se produc variaţii dimensionale ale lemnului, a căror amploare trebuie bine cunoscută în practică. O deosebită importanţă prezintă de exemplu cunoaşterea variaţiilor dimensionale în cazul debitării cherestelei, cunoscând că buştenii rezultaţi din arborii proaspăt doborâţi au o umiditate foarte ridicată şi piesele ecarisate obţinute ulterior se contrag, micşorându-şi în mod semnificativ dimensiunile. Având în vedere acest fapt, debitarea se efectuează la dimensiuni mai mari ale pieselor, ţinând cont de aşa zisele supradimensiuni, care se calculează în funcţie de mărimea contragerii. În principiu, de exemplu, pentru o scândură rezultată din zona periferică a unui buştean în stare verde, mărimea supralăţimii va fi dată de produsul dintre următorii trei factori: lăţimea scândurii după contragere, diferenţa dintre punctul de saturaţie a fibrei şi umiditatea dorită, şi coeficientul de contragere tangenţială corespunzător speciei. Dacă lăţimea scândurii după contragere trebuie să fie 200 mm, diferenţa dintre punctul de saturaţie a fibrei şi umiditatea urmărită este de 13% (28%-15%), iar coeficientul de contragere tangenţială corespunzător speciei are valoarea de 0,39%, supralăţimea va fi de 10 mm. Se precizează că dimensiunile nominale prevăzute de standarde pentru piesele de cherestea corespund unei umidităţii de referinţă a lemnului de 15% la speciile foioase şi de 20% la speciile răşinoase. Dată fiind umiditatea superioară a buştenilor la debitare, piesele vor avea la debitare dimensiuni reale, egale cu dimensiunile nominale plus o supradimensiune necesară contragerii prin uscare. Modul de determinare a supradimensiunilor este consemnat în standarde. Variaţiile dimensionale succesive produse sub influenţa variaţiei umidităţii în intervalul cuprins între starea anhidră şi punctul de saturaţie a fibrei sunt cunoscute sub denumirea de jocul lemnului. Jocul lemnului constituie un dezavantaj al acestuia, atât în cazul folosirii lui în construcţii, cât şi în cazul altor utilizări. Pentru a se evita producerea variaţiilor dimensionale ca urmare a umflării şi contragerii, concomitent cu aducerea lemnului încorporat în diverse produse la umiditatea corespunzătoare mediului de folosinţă, în practică se adoptă de asemenea măsuri de stabilizare dimensională a acestuia.

DEFORMAŢII Deformaţiile reprezintă modificări ale formei pieselor ecarisate din lemn produse datorită umflării şi contragerii. Aşa după cum se remarcă în figura 5 deformaţiile pot afecta secţiunea transversală a lemnului (deformaţii transversale) sau se pot produce în lungul acesteia (deformaţii longitudinale). Deformaţiile transversale (fig. 5,a) depind ca mărime de diferenţa dintre contragerile tangenţiale şi radiale, ca şi de dispunerea inelelor anuale. Scândurile, cu excepţia celor obţinute prin tăiere pur radială, prin uscare capătă forma de jgheab, deoarece faţa dinspre exterior a acestora se contrage mai mult decât cea dinspre axa buştenilor. Mărimea săgeţii deformaţiei depinde de poziţia scândurilor în secţiunea transversală a buştenilor: la cele provenite dinspre centrul buştenilor săgeata ester mai mare decât la cele debitate dinspre periferie. Se observă totodată că piesele ecarisate cu secţiunea transversală pătrată pot devenii romboidale, iar cele cu secţiunea transversală circulară pot deveni ovoidale. La scândurile debitate radial, contragerile, deşi diferite în direcţiile

tangenţială şi radială, fiind mici, nu se produce o deformare neuniformă a diferitelor straturi pe grosime.

Fig. 5 Deformaţii ale pieselor de lemn produse din cauza anizotropiei contragerii: A –

deformaţii transversale; B – deformaţii longitudinale; a – în formă de jgheab; b – trapezoidale; c – romboidală; d – ovoidă; e – pe cant; f – pe lăţime (arcuire); g – răsucire

La unele specii, ca de exemplu la tei, contragerea tangenţială are valori apropiate de cea radială, motiv pentru care lemnul acestora se deformează puţin prin uscare, fiind indicat pentru utilizări în care această însuşire este foarte importantă (planşete de desen, ş.a.). Deformaţiile longitudinale apar ca urmare a diferenţelor de contragere pe lungimea fibrelor, cauzate de prezenţa în cuprinsul pieselor ecarisate a unor porţiuni cu fibra înclinată, cu lemn de reacţie, cu lemn de tensiune sau de compresiune, sau cu lemn juvenil. În toate aceste cazuri, contragerea este mai mare decât contragerea lemnului fără astfel de defecte. Se precizează că deformaţiile pot fi de asemenea cauzate de existenţa tensiunilor de creştere, de stivuirea necorespunzătoare ş.a..

TENSIUNI INTERNE DE USCARE Tensiunile interne de uscare sunt eforturi de dezvoltare în interiorul pieselor de lemn, ca urmare a contragerii neuniforme, determinată de variaţia rapidă şi neuniformă a umidităţii în cuprinsul acestora.. În timpul uscării, în straturile de la suprafaţa lemnului are loc evaporarea apei. Câtă vreme umiditatea în această zonă este mai mare decât umiditatea de saturaţie a fibrei, contragerea nu are loc, ea începând să se producă atunci când umiditatea scade sub pragul respectiv. Cu toate că în continuarea procesului de uscare, apa din zonele centrale ale pieselor se deplasează spre suprafaţă, pentru a înlocuii apa pierdută, conţinutul de umiditate rămâne neuniform pe secţiune, fiind mai mare la mijloc şi mic spre periferie, întrucât, în paralel, evaporarea la exterior se produce mai departe. Or, repartizarea neuniformă a umidităţii face, la rândul ei, ca şi contragerea pe secţiune să fie neuniformă. În condiţiile în care, în timpul

uscării, contragerea materialului lemnos nu este egală pe întreaga secţiune, deformaţiile produse de aceasta vor fi diferite. Ca urmare, apar tensiuni interne, care tind să echilibreze forţele responsabile de deformaţiile înregistrate. Se precizează că, în cazul dat, având umiditatea redusă, straturile de la suprafaţa pieselor tind să se contragă. Datorită rezistenţei opuse de către straturile interioare, care, având o umiditate mult superioară, nu se contrag sau se contrag mai puţin, ele vor fi totodată supuse unor eforturi de tracţiune. Concomitent însă, în straturile din interior încep să se manifeste eforturi de compresiune, ştiut fiind faptul că, într-un corp care îşi menţine integritatea, tensiunile determinate de cauze interne trebuie să se echilibreze reciproc. Tensiunile interne de uscare mari, în cazul că depăşesc rezistenţele minime ale lemnului, pot să nu mai fie preluate de către acesta, prin producerea deformărilor, cauzând astfel apariţia crăpăturilor. Un asemenea caz îl prezintă piesele cu secţiunea circulară sau rectangulară conţinând inima lemnului, la care, datorită contragerii în perimetru mai mare decât contragerea pe direcţia razei, după uscare apar eforturi de tracţiune la suprafaţă şi de compresiune în interior. Ca urmare chiar şi atunci când uscarea este lentă şi bine condusă, la aceste piese se formează crăpături radiale în straturile de suprafaţă (fig. 6).

Fig. 6 Tensiuni interne de uscare şi crăpături produse datorită anizotropiei contragerii, la grinzi având central inima lemnului Crăpăturile constituind un defect cu consecinţe puternic negative asupra calităţilor tehnologice ale lemnului şi totodată limitând drastic posibilităţile de utilizare a acestuia, rezultă că stabilirea regimului de uscare, ca şi conducerea nemijlocită a procesului respectiv trebuie să fie astfel efectuate, încât prezenţa lor, ca şi

prezenţa cauzelor care le produc, să fie pe cât posibil mai mult evitate. Însuşirea lemnului de a se umfla prezintă uneori avantaje, asigurând, de exemplu, etanşarea vaselor de lemn, a butoaielor, a conductelor de lemn etc.

CĂLDURA DE UMFLARE Căldura de umflare, aşa cum s-a arătat în capitolele anterioare, este căldura eliberată de apa în stare de vapori disociată dipolic, la legarea sa de grupele –OH libere de la suprafaţa micelelor, cu ocazia realizării sorbţiei moleculare de către lemnul anhidru. Cantitatea de căldură de umflare poate depăşii 19 kcal/kg lemn, depinzând de specia lemnoasă, ca şi de umiditatea lemnului.

VITEZA DE UMFLARE Viteza de umflare, respectiv mărimea umflării raportată la unitatea de timp, este cu atât mai mare cu cât diferenţa dintre umiditatea iniţială a lemnului este mai ridicată. Ea este de asemenea cu atât mai mare cu cât temperatura lemnului este mai mare şi cu cât umiditatea iniţială şi masa volumică a acestuia sunt mai mici.

PRESIUNE A DE UMFLARE Ca urmare a sorbţiei, în lemn apar presiuni de umflare, care, datorită valorilor apreciabile atinse, pe vremuri erau folosite la despicarea pietrei. În acest scop se utilizau pene din lemn, care se introduceau în găuri special practicate în piatră şi apoi erau umezite pentru a se umfla şi a produce crăparea acesteia.

Pentru cunoaşterea evoluţiei valorilor presiunii de umflare, s-au făcut cercetări de laborator asupra lemnului de duramen de pin silvestru, folosind epruvete, în stare anhidră, cu baza 12x12 mm şi înălţimea în lungul fibrei de 8 mm (Ugolev, B. N., 1986). Umezirea s-a făcut prin cufundarea în apă distilată. S-a constatat (fig. 7) că, în timpul umflării, în lemn ia naştere o presiune, care, iniţial, creşte timp de circa 40 min, ajungând la o valoare maximă după care se stabilizează (după unii, presiunea de umflare maximă s-ar realiza în jurul umidităţii de 100%). De asemenea, a reieşit că presiunea de umflare pe direcţie tangenţială este mai mare decât cea înregistrată pe direcţie radială.

Alte cercetări întreprinse au dus la constatarea că, în condiţii de temperatură obişnuită, presiunea de umflare pe direcţie tangenţială se ridică la lemnul de fag la 3,87 MPa şi la lemnul de duramen de stejar la 3,10 MPa. Fig. 7 Variaţia presiunii de umflare a lemnului de duramen de pin silvestru cufundat în apă: 1 – în direcţie radială; 2 – în direcţie tangenţială Presiunea de umflare pe direcţie radială determinată la lemnul de duramen de stejar

este de numai 1,54 MPa. A mai rezultat că, la speciile răşinoase, ca şi la unele specii foioase (nu şi la speciile cu porii împrăştiaţi), între care stejarul, presiunea de umflare pe direcţie tangenţială este de 1,5-2 ori mai mare decât cea pe direcţie radială. La temperaturi mai ridicate, concomitent cu creşterea elasticităţii lemnului, presiunea de umflare se micşorează. Astfel, la o temperatură de 83-860C, presiunea de umflare scade la aproximativ jumătate faţă de cea stabilită la temperatura obişnuită. Totodată s-a văzut că lemnul ţinut în aer saturat cu vapori de apă realizează, în condiţii de temperatură egală, o presiune de umflare mai mare decât cel ţinut în apă, diferenţa dintre valorile acesteia ridicându-se uneori la câteva zeci de procente. În construcţii, presiunea de umflare poate conduce la producerea de fisuri în zidărie, în cazul în care grinzile introduse în operă au, la început, o umiditate prea mică. Tot odată, parchetul folosit prea uscat, cu timpul suferă denivelări.

COLAPSUL Colapsul este un defect de uscare a lemnului, drept urmare acesta din urmă având celulele strivite, aproape complet lipsite de lumen şi cu pereţii degradaţi, iar la exterior prezentând un aspect vălurat. Colapsul este cauzat de contragerea excesivă şi neregulată a pieselor de lemn şi respectiv de presiunile înalte care apar în pereţii celulari, în condiţiile în care, în timpul uscării artificiale al temperatură ridicată, apa este forţată de căldură să se evapore fără ca difuziunea ei spre exterior să poată avea loc. Aburirea lemnului poate preveni producerea colapsului. De asemenea, în cazul când lemnul este uscat la temperaturi mai joase acest defect nu se întâlneşte.

UMFLAREA LEMNULUI în ALTE LICHIDE DECÂT APA Umflarea lemnului în alte lichide se produce în mod diferit comparativ cu umflarea datorită apei.

În soluţii cu caracter acid umflarea este inferioară aceleia produsă în apă, în timp ce în soluţii concentrate de săruri, aceasta este mai accentuată (Suciu, P., 1975). Cercetările întreprinse de Platon, V. (citat de Ghelmeziu, N., 1957) au scos în evidenţă că lemnul de molid introdus în diferite substanţe organice prezintă valori ale umflării pe direcţie tangenţială inferioare faţă de cele ale umflării în apă. Astfel, umflarea este mai mică în ulei mineral (în raport de 16,7), petrol (10,5), ulei de in fiert (8,09), creozot (7,88), neofalină (6,86), xilen (5,9), benzină (5,37). Se remarcă de asemenea o legătură strânsă între mărimea umflării şi constanta dielectrică a diferitelor lichide cu care lemnul este adus în contact, ea crescând cu creşterea valorilor acesteia din urmă şi invers. De exemplu, formamida în soluţie de 30%, având constanta dielectrică de 1,55 ori mai mare ca a apei, provoacă o creştere a umflării lemnului de mesteacăn, comparativ cu umflarea datorită acesteia din urmă, de 1,2 ori. În schimb, acetona, cu constanta dielectrică de 4 ori mai mică, produce o micşorare a umflării lemnului de pin silvestru de 1,5 ori. În prezenţa kerosenului, a cărui constantă dielectrică este de circa 40 de ori mai mică decât a apei, practic, lemnul nu se umflă (Ugolev, B.N., 1986).

CONTRAGEREA DE FRIG Contragerea de frig are loc atunci când lemnul umed este supus la temperaturi scăzute (sub 00C). Contragerea de frig este diferită de contragerea de natură termică. La reîncălzirea lemnului care a suferit contragere de frig, se produce reumflarea, însoţită de fenomenul de histerezis.

PERMEABILITATEA LEMNULUI LA LICHIDE ŞI GAZE Prin permeabilitatea la lichide şi gaze se înţelege proprietatea lemnului de a permite trecerea acestora, sub presiune, prin masa lui. La efectuarea determinărilor privind această însuşire, ca lichid se foloseşte de regulă apa, iar drept gaze se iau în considerare mai cu seamă aerul sau azotul, condiţia fiind ca lemnul să nu fie atacat la contactul cu substanţele respective. Permeabilitatea lemnului, îndeosebi la lichide, interesează în cazul întrebuinţării pentru confecţionarea ambarcaţiilor, conductelor, butoaielor, precum şi pentru cunoaşterea posibilităţilor de impregnare cu substanţe antiseptice şi ignifuge, sau la stabilirea tratamentelor de aplicat în cazul prelucrării chimice.

PERMEABILITATEA LA LICHIDE Sub influenţa presiunii, lichidele circulă în lemn prin sistemul capilar alcătuit din golurile celulare, punctuaţiile din pereţii celulari şi canalele microscopice ale pereţilor celulari respectivi. În cazul speciilor foioase, permeabilitatea la lichide este de câteva ori mai mare decât la speciile răşinoase. Totodată, în lungul fibrei, lemnul este mult mai permeabil decât pe direcţie transversală. O influenţă favorabilă în cazul permeabilităţii pe direcţie perpendiculară pe fibre au razele. La o serie de specii răşinoase, ca pin silvestru, molid, brad, lemnul târziu din componenţa inelelor anuale este de regulă mai permeabil decât lemnul timpuriu.

Alburnul este relativ permeabil la lichide, în timp ce duramenul, ca şi lemnul matur sunt, în general, puţin permeabile şi uneori chiar impermeabile. Circulaţia lichidelor în duramen este împiedicată de prezenţa substanţelor extractibile, experienţele dovedind că după îndepărtarea acestora prin tratare cu alcool-benzen permeabilitatea creşte, în mod substanţial la pin şi ceva mai puţin la molid şi larice. La brad se obţin rezultate bune îndepărtând substanţele extractibile cu metanol sau acetonă. Fig. 1 Schema aparatului pentru determinarea coeficientului de permeabilitate la lichide a lemnului Determinarea permeabilităţii la lichide se face cu ajutorul aparatului a cărui schemă este redată în figura 1 şi în principiu, constă în măsurarea cantităţii de lichid care poate pătrunde într-o epruvetă de lemn, în unitatea de timp, la o anumită presiune. Epruvetele necesare pentru efectuarea încercărilor (fig. 2) sunt de formă cilindrică şi au diametrul de 50 mm şi înălţimea până la 150 mm. Debitarea lor este astfel efectuată

astfel încât înălţimea acestora să fie orientată pe direcţie longitudinală-paralelă cu fibrele (fig. 2,a), pe direcţie tangenţială-tangentă la inelele anuale (fig. 2,b) sau pe direcţie radială-paralelă cu una din razele lemnului (fig. 2,c). Ele nu trebuie să prezinte crăpături care să permită trecerea lichidelor. Suprafeţele plane ale acestora trebuie să fie prelucrate fin, în timp ce suprafaţa laterală trebuie acoperită cu o peliculă impermeabilă, pe bază de parafină sau răşini sintetice, care să pătrundă în lemn până la cel mult 1,5 mm. Fig. 2 Forma epruvetelor pentru determinarea coeficientului de permeabilitate la lichide şi gaze a lemnului. a – axială; b – tangenţială; c – radială. Înainte de efectuarea încercărilor, epruvetele se condiţionează, aducându-le la umiditatea prescrisă. Dacă lichidul folosit la determinare produce umflarea lemnului, umiditatea se aduce la o valoare superioară punctului de saturaţie a fibrei. În cazul fiecărei determinări se supun încercărilor trei epruvete. Pentru efectuarea încercărilor, rezervorul 5 al aparatului se umple cu lichidul ales, căruia i se cunosc densitatea şi vâscozitatea la temperatura de lucru. se încălzeşte rezervorul până la temperatura corespunzătoare. Epruveta, condiţionată şi protejată lateral cu pelicula impermeabilă, se cântăreşte cu precizia de 0,01 g, stabilindu-se masa ei iniţială mi,. Se fixează epruveta între corpurile 1 şi 2 ale aparatului şi, înainte de a fi strânse cu şuruburile 8, garniturile de etanşare 7 se aşează astfel încât o parte a suprafeţei bazelor epruvetei, cu diametrul de 40 mm, prin care urmează a trece lichidul, să rămână liberă. Se aduce aparatul la presiunea de regim, realizată cu aer comprimat, manevrând în acest scop robinetul 10 al racordului de aer 3. Odată aparatul pregătit, se trece la efectuarea determinării propriu-zise, deschizând robinetul 11 şi lăsând lichidul să treacă în corpul 1. Datorită presiunii la care este supus, lichidul străbate masa epruvetei, după care este colectat în recipientul 6. După epuizarea perioadei de timp prevăzută pentru efectuarea determinării, robinetul 11 se închide. După efectuarea operaţiilor menţionate, aparatul se demontează, se recântăreşte epruveta, cu aceeaşi precizie, aflându-se masa ei finală mf şi, de asemenea, tot prin cântărire, se stabileşte cantitatea de lichid colectată în recipientul 6. Pe baza rezultatelor obţinute se calculează debitul de lichid introdus în epruvetă şi coeficientul de permeabilitate. Debitul de lichid introdus în epruvetă este dat de relaţia:

ρ.21

tQQQ +

= [m3/s], (1)

în care: Q1 este cantitatea de lichid introdus în epruvetă, egală cu diferenţa mf – mi, în kg; Q2 – cantitatea de lichid colectat în recipient la sfârşitul încercării, în kg; t – durata determinării, în s; ρ – densitatea lichidului la temperatura la care s-a făcut determinarea, în kg/m3. Coeficientul de permeabilitate este dat de expresia.

pALQK p ..

= [m2/Pa.s] (2)

unde: L este lungimea epruvetei, măsurată pe direcţia de curgere, în m; A - aria suprafeţei utile a epruvetei, în m2; p – presiunea de lucru, în Pa. Rezultatul încercării este dat de media valorilor stabilite cu ajutorul celor trei epruvete.

PERMEABILITATEA LA GAZE Permeabilitatea la gaze a lemnului este mult mai bună decât permeabilitatea la lichide, ceea ce necesită o perioadă de timp mai scurtă a determinărilor de laborator. Totodată, cercetările întreprinse au scos în evidenţă câteva particularităţi în legătură cu variaţia cesteia în raport cu diferiţii factori de influenţă (Ugolev, B.N., 1986). Permeabilitatea la gaze în lungul fibrelor, superioară, ca şi în cazul permeabilităţii la lichide, celei perpendiculare pe fibre, o depăşeşte pe aceasta din urmă de câteva zeci de ori. La fel, pe direcţie radială, permeabilitatea la gaze este superioară aceleia pe direcţie tangenţială, fiind mai mare de 2-5 ori la pinul silvestru şi de circa 10 ori la molid. La pinul silvestru, duramenul este de 10-15 ori mai puţin permeabil la aer, comparativ cu alburnul. În urma unor studii comparative privind permeabilitatea la azot pe direcţie radială, efectuate asupra speciilor răşinoase din Siberia, a reieşit că cel mai mare coeficient de permeabilitate se înregistrează în alburnul de pin silvestru, valorile minime şi maxime determinate fiind 2,22 · 10-3 şi respectiv 4,6 · 10-4 m2/(s MPa). La alburnul de larice şi îndeosebi de molid, valorile determinate au fost ceva mai reduse, pentru ca la brad alburnul să se dovedească a fi aproape impermeabil la azot. În general însă, exceptând cazul bradului, alburnul are o permeabilitate mai bună decât duramenul. Cea mai mare permeabilitate a duramenului se înregistrează la molid şi pin silvestru. Urmează, cu valorile inferioare, duramenul de brad (depăşindu-se totuşi valorile stabilite la alburn) şi, cu permeabilitate minimă, cel de larice. Corelaţia strânsă cu valorile permeabilităţii la lichide şi durata de timp a determinării lor mult mai scurtă fac ca valorile permeabilităţii la gaze să fie considerate satisfăcătoare ca precizie pentru estimarea capacităţii de impregnare cu diverse soluţii a lemnului.

PROPRIETĂŢI TERMICE. LEMNUL CA MATERIAL IZOLATOR TERMIC În domeniul construcţiilor domeniul se consideră că sunt izolatoare sub raport termic materialele a căror conductivitate termica X are valoarea 0,02 -0,16 W/(m • °K). În ceea ce priveşte lemnul, conductivitatea sa termică se încadrează între limitele respective doar la valori joase ale temperaturii şi umidităţii. În general, speciilor forestiere cu lemn moale, poros, îi corespund conductivităţi termice mai reduse, respectiv rezistenţe la transfer termic (rezistenţe termice) mai mari, comparativ cu cele având lemn tare, cu porozitate mică, influenţa fiind cu atât mai accentuată cu cât volumul porilor este mai important. Se precizează că prin rezistenta la transfer termic se înţelege raportul:

R =λ∂

Umiditatea prezentă în pori reduce însă considerabil proprietăţile izolante ale materialelor de construcţii, inclusiv ale lemnului. Conductivitatea termica pentru materialele cu o anumita umiditate se calculează după relaţia aproximativă: λ um = k λ în care λ este conductivitatea termică pentru materialul uscat, iar k - un coeficient de multiplicare. Experimental, s-a constatat că pentru o umiditate obişnuită, de 5 - 10%, a unui perete, conductivitatea termică a materialului încorporat în acesta poate creşte de două ori faţă de conductivitatea aceluiaşi material în stare absolut uscată. În conformitate cu relaţia:

a = c∂λ

în care a - este coeficientul de difuzitate termică; λ, conductivitatea , conductivitatea mică; δ, ; c, căldura specifică masică, inerţia termică, considerate independent, ar presupune pentru a fi realizată, optarea pentru materiale de construcţii cu densitate şi căldura specifică masică mari. În practică însă, întrucât se au în vedere şi alte elemente, care ţin cont de condiţiile concrete în care urmează să lucreze materialul ales (temperatura, umiditate, agenţi mecanici sau chimici), se adoptă materiale cu proprietăţi termoizolante diminuate, dar beneficiind de o bună stabilitatea mecanică. Arderea lemnului reprezintă procesul de transformare oxidativă a acestuia, însoţit de degajarea de căldură. Combustia, în general este un termen sinonim cu cel al arderii, constituie un proces care urmăreşte în primul rând producerea de energie termică în timp ce arderea poate urmări şi obţinerea unor produşi chimici valoroşi. Arderea şi mai cu seamă procesul pe care aceasta îl include, combustia, sunt asociate cu o emisie de radiaţie, preponderent în spectrul vizibil (flacăra). Lemnul, privit drept combustibil, este un material care arde cu viteză mică în contact cu oxigenul din aer, cu formare de dioxid de carbon, apă şi cenuşă şi cu dezvoltare de căldură, fiind folosit actualmente îndeosebi în economia casnică.

DIFUZIVITATEA TERMICĂ Difuzivitatea termică este o proprietate ce caracterizează uşurinţa cu care se transferă căldura în cuprinsul lemnului. Într-o altă accepţiune, difuzivitatea termică, numită şi conductivitatea temperaturii, caracterizează capacitatea materialului lemnos ca, sub influenţa unui corp încălzitor, să-şi ridice temperatura cu o anumită viteză şi să-şi egalizeze temperatura în întreaga masă. Coeficientul de difuzitate termică se calculează determinând raportul dintre conductivitatea termică λ şi produsul densităţii δ cu căldura specifică masică c:

a = c∂λ [m2/s] .

Coeficientul de difuzivitate termică este numeric egal cu cantitatea de căldură ce străbate unitatea de suprafaţă a unui cub, în unitatea de timp, la un gradient unitar. Se ştie faptul că la un corp omogen, diferitele puncte din direcţia transferului termic au temperaturi diferite, în timp ce punctele aflate în interiorul corpului la distanţe egale de suprafaţa care primeşte căldura au aceeaşi temperatură.

La corpurile neomogene, punctele egal distanţate de suprafaţa care primeşte căldura, putând avea valori diferite ale căldurii specifice, pot avea temperaturi diferite; cu cât căldura specifică a unui astfel de punct este mai mare, cu atât temperatura sa va fi mai mică. în condiţii termice identice, corpul cu coeficientul de difuzivitate termică superioară se va încălzi şi se va răci mai uşor şi invers. Valoarea numerică redusă a coeficientului de difuzivitate termică indică un material cu inerţie termică mare. Coeficientul de difuzivitate termică depinde, ca şi conductivitatea termică, de, densitatea lemnului uscat. Dar, în timp ce odată cu creşterea densităţii lemnului uscat, conductivitatea termică creşte, coeficientul de difuzivitate termică, aşa după cum reiese din relaţia de mai sus, se micşorează. Invers, atunci când densitatea lemnului uscat se micşorează, conductivitatea termica scade, iar coeficientul de difuzivitate termică se majorează. Creşterea coeficientului de difuzivitate termică, îndeosebi la valori ale densităţi lemnului uscat mai mici de 400 kg/m3 este în strânsă legătură cu prezenţa sporită în masa lemnului a aerului al cărui coeficient de difuzivitate termică (2,39 • 10-5 m2/ s, la presiunea de 760 mm Hg şi temperatura de 20°C) este de peste 100 ori mai mare decât cel substanţei lemnoase (circa 2,0 • 10 -7 m2/s, la temperatura de 25°C). Influenta umidităţii asupra coeficientului de difuzivitate termică, la pinul silvestru, când transferul termic are loc perpendicular pe fibre şi temperatura este de 25°C, se prezintă în figura 1.

Fig. 1 Variaţia conductivităţii şi coeficientului de difuzivitate termică în cazul lemnului de pin silvestru, în funcţie de umiditate, transferul de căldură având loc în direcţia radială, la temperatura de 25 0 C. Aşa după cum reiese din mersul curbei care ilustrează variaţia coeficientului respectiv, la valori ale umidităţii din domeniul apei legate, coeficientul de difuzivitate termică este maxim, cifrându-se la circa 2,0-10 -7 m2/s. După depăşirea punctului de saturaţie a fibrei, coeficientul de difuzivitate termică scade bruse, urmând apoi un mers continuu descrescător şi ajungând la circa 1,3 • 10 -7 m 2 /s la umiditatea de 130 %. Descreşterea valorilor acestei caracteristici începând cu momentul în care în lemn îşi face simţită prezenţa apa liberă este o consecinţă a faptului că, în comparaţie cu aerul pe care îl înlocuieşte, apa are la presiunea normală un coeficient de difuzivitate termică mai mic de peste 150 ori. Concomitent, timpul de încălzire a lemnului creşte. Un alt factor de care depinde valoarea coeficientului de difuzivitate termică este direcţia în care se produce transferul termic. Când transferul termic se face în lungul .fibrelor, coeficientul de difuzivitate termică este mai mare decât în cazul transferului perpendicular pe fibre şi anume la fag de 2,2 ori, la stejar de 2,5 ori, la molid de 2 ori.

În direcţie radială coeficientul de difuzivitate termică este mai mare cu 15 % decât în direcţie tangenţială.

PROPRIETĂŢI ELECTRICE Ş1 MAGNETICE

REZISTENŢA Ş1 CONDUCTIBILITATEA ELECTRICĂ Rezistenţa electrică (ohmică) este mărimea fizică ce caracterizează proprietatea unui conductor de a se opune trecerii prin el a curentului electric. Ea are ca unitate de măsură ohmul (Ω). Conductibilitatea electrică este proprietatea unor corpuri de a fi străbătute de curentul electric, atunci când li se aplică o diferenţă de potenţial electric. Un conductor are rezistenţa electrică proporţională cu lungimea l şi invers proporţională cu aria s a secţiunii sale:

R = ρ sl [Ω] (1)

Coeficientul de proporţionalitate ρ din relaţia (1) poartă numele de rezistivitate sau rezistenţă electrică specifică, aceasta reprezentând rezistenţa electrică a unui cub dintr-un anumit material, cu latura de 1 m. Unitatea de măsură a rezistivităţii este ohm-metrul (Ω • m). Inversul rezistivităţii poartă numele de conductivitate electrică (conductanţă specifică), mărime ce caracterizează conductibilitatea electrică şi are ca unitate de măsură siemensul pe metru :

γ = ρl [S/m]. (2)

În tabelul (1) sunt înregistrate unele date privind rezistivitatea lemnului în stare absolut uscată pentru câteva specii forestiere. Comparând aceste valori cu valorile corespunzătoare altor materiale, între care unele metale, prezentate în tabelul (2), rezultă că lemnul în stare absolut uscată constituie un material izolator (la materialele dielectrice, rezistivitatea este cuprinsă între 106 şi 1015 Ω • m).

Tabelul 1

Rezistivitatea lemnului în stare absolut uscată, la temperatura de 200 C, pentru câteva specii forestiere

Din datele înscrise în tabelul 1, reiese de asemenea că, pe direcţia perpendiculară pe fibre, rezistivitatea este de aproximativ de 1 la 10 ori mai mare decât în lungul fibrelor. Lemnul conduce deci ceva mai bine curentul electric în lungul fibrelor decât perpendicular pe

fibre. De asemenea, rezistivitatea este ceva mai mică pe direcţie radială decât pe direcţie tangenţială.

Tabelul 2 Rezistivitatea câtorva materiale la temperatura de 20 0 C

Creşterea umidităţii lemnului în domeniul apei legate (mai exact, între 0 şi 20%, aşa după cum se poate observa din datele consemnate în tabelul 3), are drept consecinţă micşorarea rezistivităţii, acesta devenind bun conducător de electricitate. Rezistivitatea lemnului scade până la atingerea punctului de saturaţie a fibrei, după care, în domeniul apei libere, rămâne practic neschimbată.. Se apreciază că faţă de o descreştere de zeci de milioane de ori până la punctul de saturaţie a fibrei, peste acest punct rezistivitatea scade doar de câteva zeci sau sute de ori.

Tabelul 3 Rezistivitatea lemnului având diferite umidităţi, la temperatura de 20 0 C, pentru câteva specii

forestiere (după Beldeanu, 2008)

Rezistivitatea lemnului este influenţată de temperatură, la creşterea acesteia din urmă ea micşorându-se. Cea mai mare influenţă se remarcă la umidităţi relativ mici ale lemnului. Astfel, în cazul creşterii temperaturii de la 20 la 94°C, valorile rezistivităţii se micşorează de circa 106 ori la lemnul absolut uscat şi doar de circa 102 ori la lemnul având umiditatea de 22 - 24%. La temperaturi negative, rezistivitatea creşte. Spre exemplu, pentru lemnul de mesteacăn cu umiditatea de 76 %, la temperatura de 0°C s-a determinat o valoare a rezistivităţii de numai 1,2 • 10 Ω • m, în timp ce la temperatura de -24°C rezistivitatea se ridică la 1,02 • 102 Ω • m. Diferite tratamente aplicate lemnului pot avea drept consecinţă modificarea conductibilităţi electrice a acestuia. Ca urmare a impregnării cu uleiuri sau răşini, conductibilitatea electrică se micşorează, iar prezenţa sărurilor minerale solubile în apă, a unor electroliţi, depuşi în lemn datorită tratamentului cu substanţe antiseptice sau ignifuge, ori în urma contactului prelungit cu apa de mare, o fac să crească. Creşterea conductibilităţii electrice este relativ mică la umidităţi ale lemnului sub 8 %, dar devine semnificativă la valori ale acesteia mai mari de 10 -12 %.

Legătura acestor proprietăţi cu diferiţii factori de influenţă stă la baza construcţiei aparatelor electrice pentru determinarea umidităţii lemnului, Aceste aparate asigură o precizie satisfăcătoare a rezultatelor la valori ale umidităţii inferioare punctului de saturaţie a fibrei, respectiv în zona cu puternică influenţă a umidităţii asupra conductibilităţi electrice.

RIGIDITATEA DIELECTRICĂ Rigiditatea dielectrică este o mărime ce caracterizează rezistenţa unui material izolant la trecerea curentului electric, exprimată prin valoarea minimă a intensităţii câmpului electric care poate produce străpungerea electrică a acestuia, în condiţii determinate. În cadrul unor determinări întreprinse la lemn (Ugolev, B.N., 1986), s-au încercat epruvete prismatice cu dimensiunile 50 x50x5 mm, cu grosimea în zona de lucru de 3 mm la măsurătorile privind rigiditatea dielectrică în lungul fibrelor şi respectiv de 2 mm la măsurătorile privind rigiditatea dielectrică perpendicular pe fibre, tensiunea aplicată crescând, cu viteza de 250 ± 50 V/s, până la producerea străpungerii. Calculele s-au efectuat cu ajutorul relaţiei:

Er = h

U B [kV/mm], (1)

în care Er este rigiditatea dielectrica, în kV/mm, UB - tensiunea de străpungere, în kV şi h - grosimea epruvetei în zona de lucru.

Tabelul 1

Date privind rigiditatea dielectrică a lemnului

În conformitate cu datele precizate în tabelul 1, valorile rigidităţii dielectrice a lemnului diferă, în principal, în raport cu direcţia structurală şi cu umiditatea, fiind, ceva mai puţin influenţate de specie. În cazul lemnului în stare absolut uscată, valorile aferente direcţiilor radială şi tangenţială sunt de circa 4-7 ori mai mari decât celor aferente direcţiei longitudinale. Odată cu creşterea umidităţii, rigiditatea dielectrică se micşorează şi în acelaşi

timp scade şi diferenţa dintre valorile corespunzătoare diferitelor direcţii structurale ale lemnului. Comparativ cu o serie de alte materiale izolatoare, lemnul prezintă valori ale rigidităţii dielectrice mai mici. Spre exemplu, la sticlă valoarea acestui parametru măsoară 30 kV/mm, iar la polietilenă 40 kV/mm.

CONSTANTA DIELECTRICĂ (PERMITIVITATEA RELATIVĂ) Un condensator plan, având armăturile, paralele, separate printr-un dielectric, poate înmagazina o anumită sarcină electrică. Raportul dintre valoarea acestei sarcini şi tensiunea stabilită între armaturi reprezintă capacitatea electrica C a condensatorului, mărime fizică exprimată în farazi, ce se calculează cu ajutorul relaţiei:

C = dS.ε [F] (1)

în care ε este permitivitatea mediului dintre armături, în F/m, S - suprafaţa uneia dintre plăci, în m2 şi d - distanţa dintre armături, respectiv grosimea dielectricului, în m. Constanta dielectrică (permitivitatea relativă) este o mărime adimensională şi se determină calculând raportul dintre capacitatea C a condensatorului cu dielectric între armături şi capacitatea C0 a aceluiaşi condensator, dar cu vid între armături:

ε r = 0C

C (2)

În tabelul 1 se redau valorile constantei dielectrice pentru câteva materiale. Tabelul 1

Date privind constanta dielectrică a unor materiale

Constanta dielectrică a lemnului este influenţată de densitatea, umiditatea şi temperatura lemnului, de specia lemnoasă, de frecvenţa curentului electric. Valorile acesteia se majorează odată cu creşterea atât a densităţi cât şi a umidităţii. Influenţa densităţii este însă ceva mai mică în comparaţie cu cea a umidităţii. Explicaţia este dată de faptul că în cazul apei, constanta dielectrică are o valoare foarte ridicată (ε r = 81) în timp ce în cazul lemnului în stare absolut uscată, valoarea acestei caracteristici oscilează doar între 2 şi 5 (în funcţie de frecvenţa curentului electric). Curbele din figura 1 ilustrează variaţia constantei dielectrice, pentru frecvenţa de 5 MHz, în funcţie de umiditate şi de masa volumică. O influenţă similară a umidităţii asupra constantei dielectrice se constată la un diapazon larg de frecvenţe.

Din datele înscrise în tabelul 2 , reiese că mai cu seamă la umidităţi mari valorile constantei dielectrice depind de specia lemnoasă luată în considerare. Creşterea temperaturii conduce , de asemenea, la majorarea constantei dielectrice.

Fig. 1 Variaţia constantei dielectrice a lemnului, perpendicular pe fibre, în funcţie de

densitatea ρ0 a acestuia la diferite umidităţi (frecvenţa curentului electric 5 MHz) Unele abateri de la ceastă regulă au loc la temperaturi ridicate, aşa cum se manifestă lemnul de molid la temperaturi mai mari de 60 0C au loc diminuări ale valorilor acestei caracteristici (fig. 2)

Fig. 2 variaţia constantei dielectrice a lemnului de molid, perpendicular pe fibre, în funcţie de

umiditate şi temperatură, la frecvenţa de 3 MHz Tabelul 1

Date privind variaţia constantei dielectrice şi factorului de pierdere dielectrică în funcţie

de umiditate, la lemnul câtorva specii forestiere, perpendicular pe fibre, în domeniul frecvenţelor foarte înalte (2,4 GHz), la temperatura ambiantă (20°C)

La umidităţi constante ale lemnului, creşterea frecvenţei conduce la diminuarea constantei dielectrice. Spre exemplu, după K r ö n e r, K. (citat de Suci u. P., 1975), încercări efectuate la lemnul de fag, cu umiditatea de 12 %, perpendicular pe fibre, au pus în evidenţă că unei creşteri a frecvenţei de la 3 • 102 la 109 Hz îi corespunde o reducere aproximativ la jumătate a valorii constantei dielectrice.

PIERDERI DE PUTERE ÎN DIELECIRIC Într-un. condensator funcţionând în regim periodic permanent, în condiţiile unei conductivităţi electrice foarte mici a dielectricului, cât şi datorită procesului ciclic de polarizare - depolarizare cauzat de curentul alternativ aplicat, au loc pierderi de putere, care produc încălzirea dielectricului. Pierderile de putere în dielectric, numite şi pierdere dielectrică se caracterizează prin factorul de pierdere dielectrica tg δ, δ reprezentând complementul unghiului de defazaj φ,

dintre sarcina condensatorului şi tensiunea aplicată armăturilor acestuia ( ∂ = 2π - φ) . Cu cât

este mai mare pierderea dielectrică, cu atât şi unghiul δ este mai mare. Factorul de pierdere dielectrică reprezintă măsura părţii de energie acumulată în condensator, care se transformă în căldură. Pierderile de putere în dielectric ale lemnului sunt influenţate de aceiaşi factori şi aproximativ în acelaşi mod ca şi constanta sa dielectrică. Se manifestă de asemenea o interacţiune complexă a acestor factori, care îşi pune şi ea amprenta asupra pierderii dielectrice. In figura 1, se prezintă variaţia pierderii dielectrice în funcţie de umiditate şi temperatură, remarcându-se că odată cu creşterea valorilor acestora din urmă, factorul de pierdere dielectrică tgδ se majorează. Valorile consemnate în tabelul 1 de la capitolul precedent pun m evidenţă dependenţa pierderii dielectrice în raport cu specia lemnoasă, dar în limite ceva mai restrânse decât în

cazul constantei dielectrice. S-a observat în acelaşi timp că, la valori mari ale densităţii lemnului (cazul lemnului densificat), corespund valori ridicate ale constantei şi pierderilor dielectrice. Curbele redate în figura 2 ilustrează variaţia factorului de pierdere dielectrică în funcţie de umiditate, la câteva frecvenţe ale curentului electric. În cazul lemnului absolut uscat, factorul de pierdere dielectrică înregistrează un maxim la frecvenţa de 106 Hz. La lemnul cu umidităţi crescânde , mergând până la circa 7 %, maximul se realizează la frecvenţa de 107 Hz, iar la umiditatea de 12 % factorul de pierdere dielectrică ajunge la valoarea maximă la frecvenţa de 109 Hz.

Fig. 1 Variaţia factorului de pierdere dielectrică tgδ, la lemnul de molid, perpendicular pe fibre, în funcţie de temperatură şi umiditate (frecvenţa 3 Mhz) Cunoştinţele privind pierderea dielectrică şi constanta dielectrică au importante aplicaţii practice, interesând în utilizarea curenţilor de înaltă frecvenţă (CIF) la uscarea şi încleierea lemnului, la dezgheţarea superficială a buştenilor înaintea cojirii şi debitării cherestelei, ca şi la măsurarea umidităţii lemnului cu ajutorul aparatelor electrice. Utilizarea curenţilor de înaltă frecvenţă la uscarea lemnului prezintă particularitatea că încălzirea se produce în întreaga masă a acestuia. În porţiunile uscate, pierderea dielectrică descreşte, ceea ce face ca acestea să se încălzească mai puţin, evitându-se astfel supraîncălzirile şi pierderile de energie. Procesul de uscare trebuie condus în aşa fel încât frecvenţa curentului electric să corespundă valorilor maxime ale pierderii dielectrice. Acest fapt impune urmărirea descreşterii umidităţii de-a lungul procesului de uscare şi corectarea

frecvenţei curentului. Pentru umidităţi oscilând între 0 şi 7 %, diapazonul de frecvenţă optim este cuprins între 106 şi 107 Hz, iar umidităţile variind între 50 §i 70% frecvenţa va fi mai mică, având valori între 105 şi 106 Hz (Boevskaia, I. A., Portni k, J.I., Meremianin, Iu. I., 1986).

Fig. 2 Variaţia factorului de pierdere dielectrică în funcţie de umiditatea lemnului, la diverse

frecvenţa ale curentului electric.. Pe de altă parte, trebuie avut în vedere că uscarea şi încleierea lemnului în curenţi de înaltă frecvenţă prezintă avantajul că adezivul, căruia, datorită umidităţii mai mari, îi corespunde o valoare a factorului de pierdere dielectrică tgδ superioară, va absorbi mai multă energie decât lemnul şi în consecinţă se va încălzi şi usca mai repede. În cazul măsurării umidităţii cu aparate electrice, pentru a se asigura o precizie cât mai bună a rezultatelor, determinarea trebuie efectuată la frecvenţe care conduc la valori minime ale factorului de pierdere dielectrică tgδ. Se are astfel în vedere că prin această metodă se măsoară o rezistenţă complexă, care depinde atât de constanta dielectrica εr , cât şi de factorul de pierdere dielectrica tgδ. Ori, umiditatea ca şi masa volumică a lemnului influenţând foarte puţin constanta dielectrica ε şi foarte mult factorul de pierdere dielectrica tgδ, se impune ca ponderea acestui ultim parametru în rezultatul determinării să fie cât mai redusă, de unde şi necesitatea unei valori minime a lui.

PROPRIETĂŢI PIEZOELECTRICE

Prin proprietăţi piezoelectrice se înţelege capacitatea de polarizare electrică a unor substanţe cristaline, în urma aplicării de tensiuni mecanice la suprafaţa lor (efect piezoelectric direct) şi respectiv, capacitatea de modificare a dimensiunilor acestor substanţe într-un câmp electric variabil (efect piezoelectric invers). Fenomenul, întâlnit la cristale, a fost pus în evidenţă şi la unele materiale anizotrope, între care şi lemnul. În cazul acestuia, s-a stabilit ca proprietăţile, piezoelectrice se datorează prezenţei celulozei, compus având moleculele asociate în microfibrile, ce conţin domenii cu ordonare ridicata (cristaline). Intensitatea polarizării lemnului este proporţională cu mărimea tensiunilor mecanice produse sub acţiunea forţelor exterioare. Cel mai mare efect piezoelectric se înregistrează la solicitările de compresiune şi tracţiune sub unghiul de 45° faţă de direcţia fibrelor. Tensiunile orientate strict în lungul fibrelor sau perpendicular pe fibre nu produc nici un efect piezoelectric. De asemenea efectul piezoelectric maxim este întâlnit la lemnul absolut uscat, dispărând complet la umiditatea de 6 - 8%. Un alt factor de influenţă este temperatura, a cărei creştere până la 100°C face ca efectul piezoelectric să se majoreze. Proprietăţile piezoelectrice au aplicaţii importante în aprofundarea cercetărilor referitoare la structura fină a lemnului, la cercetarea anizotropiei lemnului natural şi a materialelor lemnoase.

PROPRIETĂŢI MAGNETICE Dacă un material este aşezat într-un câmp magnetic, în interiorul acestuia pot lua naştere dipoli magnetici. Materialul respectiv suferă, în acest caz, o polarizare magnetică, se magnetizează. Intensitatea de magnetizare M a corpului în speţă raportată la intensitatea câmpului magnetic H corespunzător, reprezintă aşa numita susceptibilitate magnetică:

χ m = HM (1)

Întrucât atât intensitatea de magnetizare, cât şi intensitatea câmpului magnetic se exprimă în A/m, susceptibilitatea magnetică este o mărime adimensională. Întocmai ca aproape toţi compuşii organici, lemnul este considerat un material diamagnetic, caracterizat prin valori ale susceptibilităţii magnetice negative, de valoare foarte mică, de ordinul a 10-6 (în cazul materialelor para - şi feromagnetice, susceptibilitatea magnetica are valori pozitive). În consecinţă. el poate fi utilizat pentru construcţia casetelor de radio şi televizor, pentru suporturi de antene ş.a.

PROPRIETĂŢI ACUSTICE ALE LEMNULUI ELEMENTE GENERALE

Sursele sonore pot produce sunete sau zgomote. Sunetul este senzaţia percepută de organul auditiv, datorită mişcării oscilatorii, cu frecvenţa cuprinsă 16 şi 20000 Hz, a particulelor unui mediu elastic. Frecvenţelor mici le corespund sunete joase (grave) iar frecvenţelor mari sunete înalte (ascuţite). Se disting sunete pure şi sunete complexe. Sunetul pur este cauzat de o vibraţie armonică şi prezintă o singura frecvenţă. Sunetul complex este alcătuit dintr-un număr de sunete pure, ale căror frecvenţe pot constitui sau nu o serie armonică. Totodată, el conţine un sunet fundamental şi o serie de componente de frecvenţe înalte. Se menţionează că undele elastice cu frecvenţe peste 20000 Hz, imperceptibile pentru urechea umană şi care au o energie mult superioară sunetelor, poartă numele de ultrasunete.

Ultrasunetele au aplicaţii în controlul nedistructiv al calităţii lemnului, în determinările privind indicii de rezistenţă, rugozitatea, neomogenitatea structurii. Ele permit să se pună în evidenţă defectele ascunse ale lemnului, spre exemplu întinderea putregaiului interior în lungul trunchiului, ca şi pe secţiunea transversală a acestuia, întrucât prezintă particularitatea ca, propagându-se în lemn în zonele afectate, îşi modifică viteza. Zgomotul, spre deosebire de sunet, reprezintă vibraţii acustice care conţin componente cu caracteristici diferite şi cu variaţii dezordonate, concretizate în percepţii de senzaţii auditive neplăcute, nocive. Lemnul are proprietatea de a recepţiona şi emite energia sonoră, comportarea sa în acest sens depinzând atât de caracteristicile sunetelor, cât şi de o serie de factori care îi sunt proprii, între care umiditatea, densitatea, orientarea fibrelor în raport cu câmpul energiei sonore, structura pereţilor celulari, dimensiunile elementelor şi formaţiunilor anatomice, existenţa anumitor substanţe chimice, ca oleorenzine, gume, taninuri etc. Pătrunzând în lemn, sunetele produc în pereţii celulari ai elementelor anatomice vibraţii complexe, acestea din urmă dând naştere la frecări interne, care transformă energia sonoră, astfel că sunetele emise au caracteristici modificate. Totodată, frecările interne fac ca o parte a energiei sonore să se piardă, prin transformarea acesteia în căldură. Pentru a se putea face aprecieri în legătură cu calitatea lemnului utilizat ca materie primă la confecţionarea instrumentelor muzicale, ca şi a aceluia folosit ca material de construcţii, este necesară cunoaşterea unor proprietăţii acustice ale acestuia, cum sunt: viteza de propagare a sunetelor cL rezistenţa (impedanţa) acustică specifică Rs, radiaţia acustică K, frecarea interna exprimata prin decrementul logaritmic al amortizării vibraţiilor δ şi factorul de calitate al amortizării vibraţiilor Q, apoi capacitatea de absorbţie şi respectiv capacitatea de izolaţie fonică Viteza de propagare a sunetului prin lemn. Este cunoscut că un corp oarecare poate transmite unui mediu elastic cu care vine în contact, în cazul de faţă lemnului, vibraţiile pe care le produce. Drept urmare, în mediul elastic respectiv ia naştere o perturbare, care nu rămâne localizată în dreptul zonei de contact cu corpul în cauză, ci se transmite în continuare, din aproape în aproape, în celelalte particule ale lui. În acest mod iau naştere undele elastice, inclusiv undele acustice. În cazul mediilor solide, sunetele se pot propaga sub forma mai multor tipuri de unde. Când direcţia mişcării vibratorii a particulelor mediului coincide cu direcţia de deplasare a undelor, undele în speţă se numesc longitudinale. În cazul când particulele oscilează după o direcţie perpendiculară pe direcţia de deplasare a undelor, undele respective sunt transversale. Considerând cazul undelor longitudinale, viteza de propagare a sunetului în lungul fibrelor se poate calcula cu relaţia: c L = ρ

E în care E este modulul de elasticitate longitudinală, în N/m2 ρ - densitatea lemnului, în kg/m3. Când, pe baza încercărilor de laborator, se cunoaşte frecvenţa de rezonanţă la oscilaţii longitudinale, viteza de propagare a sunetului rezultă din relaţia: c L = 2 l fr unde / este lungimea epruvetei folosite la efectuarea încercărilor, în m şi fr frecvenţa de rezonanţă, în Hz. Viteza de propagare a sunetului se poate determina de asemenea, cu ajutorul metodei ultrasunetelor de impuls, relaţia de calcul fiind:

C L = τl în care / este lungimea epruvetei, în m, iar τ timpul de propagare a undelor elastice longitudinale de-a lungul epruvetei. în s. Viteza de propagare a sunetului în lemn paralel cu fibrele diferă în raport cu specia (tab.1). Există totodată diferenţe între exemplarele uneia şi aceleiaşi specii.

Tabelul 1

Date privind viteza de propagare a sunetului, paralel cu fibrele, prin lemnul în stare absolut uscată al unor specii forestiere

Viteza de propagare a sunetului în lemn paralel cu fibrele este comparabilă cu viteza de propagare a sunetului prin multe materiale, ca de exemplu prin oţel (5100 m/s), aluminiu (5200), cupru (3500), beton (4000), zidărie de cărămidă (4000) şi este mult mai mare decât cea de propagare prin aer la 20°C (344), apă la 13°C (1441), plută (500), cauciuc (40 - 200). Viteza de propagare a sunetului perpendicular pe fibre este de trei-cinci ori mai mică decât în lungul fibrei; de asemenea, pe direcţie radială valorile sunt mai mari decât pe direcţie tangenţială. Cercetări întreprinse la pin au arătat că, odată cu creşterea umidităţii lemnului, viteza de propagare a sunetului se micşorează, reducerea fiind mai accentuată la valori situate deasupra punctului de saturaţie a fibrei (B u r m e s t e r, A., citat după Suciu, P., 1975). Creşterea temperaturii conduce la micşorarea vitezei de propagare a sunetului prin lemn. Între viteza de propagare a sunetului şi indicii proprietăţilor mecanice nu există o legătură directă. Rezistenţa (impedanţa) acustică specifică. Reprezintă rezistenţa opusă de lemn la propagarea sunetului în masa lui (analog rezistenţei electrice a unui conductor) şi se determina cu relaţia: Rs = c L . ρ [N . s/m3 ] În tabelul 2 se redau, pentru câteva specii lemnoase, valorile rezistenţei acustice specifice la propagarea longitudinală a sunetului prin lemnul uscat în condiţii de laborator.

Pentru comparaţie se menţionează valorile rezistenţei acustice specifice, exprimate în N • s/m3 ale câtorva medii, pentru care mai înainte s-au precizat valorile vitezei sunetului; oţel (4000 .104, aluminiu (1400 • 104, cupru (3100 • 104), beton 800 . 104, zidărie de cărămidă (720 • 104), aer la 20°C (414), apa la 13°C (144 . 104), plută (12 • 104), cauciuc (4 .104 – 40 .104 ). Se observă că, în general, în raport cu metalele, lemnul are rezistenţa acustică specifică mult mai redusă, valorile corespunzătoare acestuia fiind de 5-10 ori mai mici.

Tabelul 2 Date privind rezistenţa acustică specifică lemnului uscat în condiţii de laborator, la propagarea

longitudinală a sunetului

Radiaţia acustică exprimă emisia de radiaţie sonoră în spaţiul înconjurător, a lemnului în care se propagă undele sonore, fiind dată de relaţia: K = ρ

Lc = 3ρ

E [m4/(N* s2)]

Expresia de mai sus a fost dedusă de Hahnemann, W. şi Heght, H. în anul 1917 şi regăsită ulterior, în anul 1937, de către Andreev, N.N., ultimul dându-i şi numele de constantă de radiaţie acustică (Ghelmeziu, N.. Beldie, I.P., 1970). Radiaţia acustică reprezintă un criteriu de bază pentru stabilirea calităţi lemnului de rezonanţă utilizat la construcţia instrumentelor muzicale. Cu cât valoarea sa este mai ridicată, cu atât lemnul respectiv îndeplineşte mai bine condiţiile pentru fabricarea acestora, limita inferioară admisă fiind de 10 [m4/(N* s2)]. Frecarea internă, proprietate care cauzează pierderea de energie sonoră, având drept consecinţă reducerea amplitudinii undelor acustice după o lege exponenţială şi stingerea treptată a oscilaţiilor, se exprimă în mod obişnuit cu ajutorul decrementului logaritmic al amortizării vibraţiilor, care se calculează cu relaţia: δ = n

BA lglg − unde n este numărul de oscilaţii complete, din intervalul amplitudinilor A şi B. Pentru simplificarea determinării se ia n =10, relaţia de mai sus devenind:

δ = 10

lglg BA− Decrementul logaritmic al amortizării vibraţiilor rezultă şi din relaţia:

δ = rf

ff )( 12 −π

în care fr este frecvenţa de rezonanţă, în Hz, iar f1 şi f2 - frecvenţele corespunzătoare amplitudinii A1,2 =~0,707 • A max Hz, determinate cu ajutorul curbei frecvenţei de rezonanţă. Decrementul logaritmic al amortizării vibraţiilor variază în raport cu umiditatea, la temperatura camerei, astfel (Kollmann, F. şi Krech, H., citaţi de Ugolev. B.N„ 1986); crescând umiditatea, iniţial, acesta scade, înregistrând un minim la umiditatea de 6-8 %, după care, până la atingerea punctului de saturaţie a fibrei, se majorează. La valori ale umidităţii superioare punctului de saturaţie a fibrei, decrementul logaritmic al amortizării vibraţiilor rămâne aproximativ constant. Factorul de calitate al amortizării vibraţilor este cel de al doilea indice cu ajutorul căruia se exprimă frecarea internă. El rezultă din relaţia: Q = ∂

π = 12 ff

fr−

Factorul de calitate al amortizării vibraţiilor exprimă fenomenul de stingere a sunetului, după ce excitaţia sonoră a încetat. Capacitatea de absorbţie fonică. Se admite cazul undelor sonore care, propagându-se printr-un mediu, întâlnesc un obstacol alcătuit dintr-un alt mediu. La suprafaţa de separaţie dintre cele două medii, undele sonore pot fi reflectate sau pot continua să se propage prin cel de al doilea mediu. Undele care nu se reflectă se consideră absorbite. Energia sonoră a undelor absorbite se poate disipa la trecerea prin suprafaţa de separaţie, ca urmare a frecărilor interne şi a pierderilor ireversibile de căldură, sau se poate transmite, prin propagarea undelor, în cel de al doilea mediu. Coeficientul de absorbţie acustica, prin care se exprimă sub raport cantitativ proprietatea unui materiali de a absorbi energia sonoră, se poate calcula cu ajutorul relaţiei:

α = i

riE

EE −

în care Ei este energia sonora incidentă şi Er, energia sonora reflectată, ambele exprimate în J. Coeficientul de absorbţie acustică poate lua valori cuprinse între 0 şi 1. Materialele ai căror coeficienţi de absorbţie acustică au valori mai mari de 0,20 poartă numele de materiale absorbante de sunet. Capacitatea de izolaţie fonică. Prin capacitate de izolaţie fonică se înţelege proprietatea unui material de a asigura protecţia împotriva zgomotului provenit din exteriorul clădirilor şi a zgomotului din interior, produs în încăperile adiacente. Zgomotul din clădiri se împarte, în raport cu originea sa, în zgomot aerian zgomot de impact. Zgomotul aerian se caracterizează prin aceea ca sursele sonore (coardele vocale, maşinile unelte ş.a.) care îl produc dau naştere la vibraţii, ce se propagă sub formă de unde în

aerul înconjurător. Datorită undelor receptate, elementele de separaţie emit vibraţii, care sunt transferate aerului din încăperile învecinate. Zgomotul de impact este provocat de şocurile produse ca urmare a circulaţiei persoanelor, căderii sau rulării obiectelor pe pardoseala etc, sub influenţa acestora planşeele şi pereţii devenind radiatori acustici, care produc zgomot aerian în încăperi. Intensităţile surselor acustice, efectele zgomotului asupra receptorilor, ca şi proprietăţile de atenuare ale căilor de transmitere depind de frecvenţă. Ca urmare, un rol important în soluţionarea problemelor privind izolaţia fonică, îl are frecvenţa zgomotului perturbator. Izolaţia faţă de zgomotul aerian cu ajutorul unei structuri despărţitoare (perete planşeu) se poate caracteriza cu ajutorul indicelui de reducere a zgomotului, denumit şi indicele atenuării de transmisie, dat de relaţia:

R = 10 * lg t

iII

[dB] În care Ii este intensitatea acustică a undelor incidente şi It - intensitatea acustică a undelor transmise, ambele în W/m2. Indicele de reducere R depinzând de frecvenţa zgomotului, pentru aprecierea izolaţiei la zgomotul aerian se determina indicele mediu de reducere R'm, definit ca media valorilor R pentru 16 frecvenţe cuprinse în gama 100 - 3200 Hz, considerată ca domeniu util în problemele de izolare fonică a clădirilor. În normele de izolaţie fonică faţă de zgomotul aerian, pentru pereţii şi planşeele de separaţie dintre apartamentele clădirilor de locuit nu sunt admise valori ale indicelui mediu de reducere mai mici de 48 dB (unui perete simplu de cărămidă dublu tencuit, cu grosimea de 32 cm şi având o masă superficială de 450 kg/m2 îi corespunde un indice mediu de reducere de 50 dB). Pentru aprecieri comparative, se menţionează câteva valori ale nivelelor de zgomot întâlnite în mod obişnuit: linişte absolută 0 dB; foşnetul frunzelor 10 dB; şoapte la distanţă de 1m 20 dB; vorbire obişnuită 60 dB; zgomotul străzii 70-80 dB.

DETERMINAREA EXPERIMENTALĂ A FRECVENŢEI DE REZONANŢĂ A LEMNULUI

Frecvenţa de rezonanţă a lemnului se poate determina cu ajutorul metodei dinamice (rezonanţei). În principiu, această metodă constă în încercarea unor epruvete de lemn, special confecţionate la vibraţii longitudinale sau transversale (de încovoiere), cu frecvenţa variind în domeniul audibil şi determinarea amplitudinii maxime a vibraţiilor acesteia din urmă corespunzându-i frecvenţa de rezonanţă. Dimensiunile epruvetelor sunt 500 x 20 x 20 mm. Schema instalaţiei experimentale utilizate la efectuarea încercărilor acustice este redată în figura 3.

Fig. 3. Schema de montaj a instalaţiei pentru determinarea frecvenţei de rezonanţă

a - vibraţii longitudinale; b – la vibraţii transversale; 1 – epruvetă, 2 – plăcuţe din metal feromagnetic, 3 – dispozitiv de prindere a epruvetei, 4 – traductor electromagnetic de

excitaţie, 5 – traductor de ton, 6 – amplificator de putere, 7 – generator de ton, 8 – milivoltmetru, 9 – frecvenţmetru numeric.

Generatorul de ton 7 al instalaţiei produce oscilaţii de audiofrecvenţă, care sunt amplificate de amplificatorul de putere 6 şi, cu ajutorul excitatorului electromagnetic 4, sunt transformate în unde elastice, acestea fiind transmise epruvetei 1, prin intermediul unei plăcuţe din metal feromagnetic. Undele elastice generate în epruveta ajung la receptorul 5, după care sunt transmise sub formă de oscilaţii electrice la milivoltmetrul electronic 8. La început, crescând treptat frecvenţa generatorului de ton, milivoltmetrul electronic va indica o amplitudine a oscilaţiilor din ce în ce mai mare. Stării de rezonanţă, căreia îi corespunde frecvenţa fr ce se citeşte la frecvenţmetrul numeric 9, se înregistrează atunci când amplitudinea oscilaţiilor devine maximă, Amax. După depăşirea valorii Amax, la creşterea în continuare a frecvenţei generatorului de ton, amplitudinea oscilaţiilor se micşorează. De reţinut că în cazul încercării la vibraţii longitudinale epruveta este fixată la mijloc într-un dispozitiv tip cuţit, în timp ce la încercarea la vibraţii transversale este susţinută cu fire de mătase din dreptul celor două puncte nodale.

Fig. 4 Curba frecvenţei de rezonanţă a lemnului

Pentru estimarea frecării interne, se modifică frecvenţa generatorului de ton şi, urmărind indicaţiile milivoltmetrului electronic pentru diferitele valori ale frecvenţei vibraţilor, se construieşte curba frecvenţei de rezonanţă (fig. 4). Cu ajutorul acesteia se determină valorile f 1 şi f2 , ele fiind situate de o parte şi de alta a punctului de pe abscisă corespunzător frecvenţei de rezonanţă, în dreptul ordonatelor corespunzătoare amplitudinilor A1 şi A2 , de valoare A1,2 = 0,707 * Amax.

LEMNUL CA MATERIE PRIMĂ PENTRU CONSTRUCŢIA INSTRUMENTELOR MUZICALE (LEMNUL DE REZONANŢĂ)

Prin lemn de rezonanţă se înţelege materialul lemnos cu structură foarte fină şi respectiv, cu proprietăţi fizice corespunzătoare pentru construcţia instrumentelor muzicale. În practică, lemnul de rezonanţă şi-a găsit de asemenea întrebuinţări în construcţia de diferite tipuri de ambarcaţii, în industria aeronautică, pentru confecţionarea draniţei ş.a. Cele mai preţuite specii cu lemn de rezonanţă sunt molidul şi paltinul, primul folosit pentru faţa instrumentelor cu corzi şi arcuş şi, cu corzi pentru ciupit, iar cel de al doilea pentru

dosul şi eclisele (părţile laterale) acestora. Din lemnul de molid de rezonanţă se mai produc funduri de piane, claviatura şi elemente de bară (sinonim, bară de rezonanţă, piesa profilată care intră în componenţa unor instrumente muzicale). După unii autori, lemnul de brad ar fi apt pentru realizarea viorilor de concert, ca şi cel de molid. Se consideră că, în trecut, în construcţia instrumentelor muzicale lemnul de brad a fost folosit pe scara largă, ulterior în locul lui utilizându-se lemnul de molid (Filipovici, J., 1965). Pentru alte părţi componente ale instrumentelor muzicale se mai folosesc mesteacănul şi fagul (pentru arcuşuri) şi părul (pentru cordare şi pentru cuiele de întindere a corzilor). La instrumentele de calitate superioară, arcuşul se execută din lemn de pernambuc {Caesalpinia echinata Lamb.), iar cordarele şi cuiele de întindere a corzilor, din lemn de abanos (Diospyros ebenum Koen.) sau de pernambuc. În alte ţări, pentru realizarea plăcilor de rezonanţă ale instrumentelor muzicale se mai întrebuinţează bradul de Caucaz (Abies nordmanniana Stev. Spach) cedrul de Siberia (Pinus sibirica Mayr), molidul de Caucaz (Picea orientalis Carr. ). Bradului de Caucaz îi corespunde o valoare foarte ridicată a constantei acustice [K = 14,4 – 15,5 m4/(kg.s)] superioară molidului de Caucaz [K = 12,8 – 13,0 m4/(kg.s)] (Arganaşvili, L.N., 1988). Lemnul de cedru de Siberia este comparabil cu cel de molid în ceea ce priveşte structura anatomică, dar datorită unui conţinut ridicat de oleorezine are o masă volumică mai mare, fapt ce conduce la descreşterea constantei sale acustice. Pentru micşorarea cantităţii de oleorezine şi diminuarea masei volumice, lemnul de cedru de Siberia se supune unui tratament termic adecvat (Zaiţev, E.V., 1969). Foarte importante pentru sonoritatea instrumentelor sunt, pe lângă calitatea lemnului folosit, forma geometrică a acestora şi procesul tehnologic de execuţie, precum şi calitatea celorlalte materiale (verniurile şi coloranţii utilizaţi la finisare).

LEMNUL DE MOLID

ELEMENTE DE ORDIN SILVICULTURAL PRIVIND MOLIDUL DE REZONANŢĂ. Forma cu lemn de rezonanţă a molidului (Picea abies (L.) Karst), denumită molid de rezonanţă, este considerată un ecotip apărut în condiţiile pădurii virgine, bine diferenţiat şi individualizat din punct de vedere biologic (Ştefănescu, P., 1961). Caracterele sale morfologice se transmit ereditar la urmaşi (Grapini, V. şi Constantinescu, 1968), dar pentru aceasta arborii trebuie să beneficieze de condiţii ecologice similare acelora din pădurea virgină (Rădulescu, A., 1969). Se afirmă de asemenea că însuşirile lemnului de rezonanţă ar fi supuse, foarte probabil, unui control poligenic, exprimându-se numai în anumite condiţii staţionale (Stănescu,V., Şofletea, N., 1998). Prin cercetări întreprinse la nivelul unor plantaje având la bază clone şi descendenţe materne rezultate din polenizări libere, în prezent se urmăreşte să se determine principalele caractere şi însuşiri ale molidului de rezonanţă (Enescu, Va1., 1994). Răspândirea molidului cu lemn de rezonanţă este legată de răspândirea pădurii virgine şi respectiv a pădurii naturale cu structură plurienă. În trecut el a ocupat o suprafaţă mult mai mare decât în prezent. Treptat, însa, şi-a restrâns prezenţa, ajungând de exemplu să fie complet eliminat, încă de multa vreme, din Munţii Alpi şi Munţii Boemiei (Stinghe, V.N., citat de Rădulescu. A., 1969). La noi, unde a beneficiat de condiţii naturale de vegetaţie dintre cele mai bune, molidul de rezonanţă a ocupat suprafeţe mai mari ca în alte părţi ale Europei (Grapini, V. şi Constantinescu, 1968), centrul de greutate al răspândirii lui constituindu-l Carpaţii Orientali, cu precădere zona nordică a acestora. Dar, cu timpul, ponderea sa a scăzut şi aici din ce în ce

mai mult, el fiind întâlnit acum tot mai rar, astfel că după opinii autorizate, în prezent, există pericolul dispariţiei sale din fondul de gene autohton (Stănescu, V., 1985). Astăzi, mai cunoscute în România pentru producerea lemnului de molid de rezonanţă sunt Ocoalele Silvice Moldoviţa şi Tomnatic. Diminuarea răspândirii molidului de rezonanţă în România a fost cauzată în primul rând de exploatarea intensă a sa timp de mai bine de 200 ani, datorită excelentei sale calităţi, lemnul acestuia fiind unul dintre sortimentele foarte mult căutate. Trebuie de asemenea avute în vedere utilizarea pe scară largă a lemnului de molid de rezonanţă pentru draniţă, ca şi pierderile cauzate de desele doborâturi de vânt, care au contribuit şi ele în bună măsură la reducerea ariei de răspândire a lui. Foarte multă vreme lemnul de molid de rezonanţă românesc a fost exportat sub formă de buşteni sau cherestea, prin nenumăratele viori şi piane în care a fost incorporat el contribuind din plin la înflorirea culturii europene şi mondiale (Giurgiu, V., 1982). În Polonia, spre exemplu, până m anul 1938, ca şi după cel de al doilea război mondial, industria constructoare de instrumente muzicala s-a bazat pe lemnul de rezonanţă provenit din România, respectiv din Bucovina (Krzysik, F., 1968). După Ichim, R. (1988), în anul 1889, în Bucovina, la Poiana Iţcani (Ocolul Silvic Pojorâta) şi la Molid (lângă Vama), existau doua ferăstraie mari, acţionate cu abur, unde era prelucrat şi molidul de rezonanţă. Materialul debitat la ferăstrăul de la Molid era exportat în Austria şi Germania şi mai cu seama în Franţa şi Anglia. Bine cunoscute şi apreciate pentru calitatea deosebită a lemnului erau provenienţele de Moldoviţa, Falcău, Dorna (Călimani), Coşna. Staţiunile de bonitate ridicată, mai rar mijlocie, sunt situate la altitudini de 750 - 1200 m, în locuri ferite de vânturi puternice, cu relief domol, de regulă la baza versanţilor şi în lungul cursului superior al pâraielor, expoziţie variabila, de regulă semiumbrite şi panta nedepăşind 20 (25)°. Precipitaţiile anuale sunt cuprinse între 700 - 1200 mm, iar temperatura medie anuală variază între 3,5 - 6°C, fiind mai scăzută decât cea corespunzătoare pentru molidul obişnuit. Solurile sunt formate pe substraturi litologice specifice flişului sau aparţinând zonei vulcanice. Sunt profunde, sărace în schelet, afânate, acide până la neutre, cu rezerva suficientă de apă, favorabile sub raportul troficităţii potenţiale. Arboretele. Molidul cu lemn de rezonanţă nu alcătuieşte arborete pure şi nici grupe mari, ci este distribuit mai mult sau mai puţin uniform, sub forma de exemplare izolate în masa arboretului, printre alte exemplare de molid obişnuit. Arboretele cu astfel de arbori sunt pluriene şi relativ pluriene şi se încadrează în etajul amestecurilor de răşinoase cu fag şi în partea inferioară a etajului molidişurilor. În cele mai bune situaţi, după Geambaşu, N. (1995), într-un arboret pot exista 1, 2, 3 şi mai rar 4, 5 sau 6 arbori cu lemn de rezonanţă la hectar. Punând epuizarea resurselor de lemn de rezonanţă, pe de o parte pe seama reducerii suprafeţei arboretelor pluriene de vârsta înaintată, capabile să conserve această formă a speciei şi pe de altă parte, pe diminuarea proporţiei de participare a bradului, autorul citat consideră că este necesar să se treacă la o gospodărire intensivă a arboretelor, la nivel de biogrupă. Într-o biogrupă, pe lângă arborii de molid de rezonanţă, trebuie să participe şi arbori de brad, fag, paltin de munte, aceştia din urmă cu rolul de a asigura o structură în plan orizontal şi vertical optimă pentru creşterea şi dezvoltarea celor dintâi. Pentru regenerarea arboretelor, tratamentul cel mai adecvat este codrul grădinărit, acesta asigurând regenerarea naturală, obligatorie, a molidului de rezonanţă şi permiţând să se obţină o structură complexă, apropiată de cea a pădurilor seculare. Arborii de molid de rezonanţă prezintă o serie de particularităţi de ordin morfologic, deosebindu-se de cei de molid obişnuit. Ei aparţin tipului de molid plat, întâlnit foarte rar în pădure în configuraţia sa tipică şi caracterizat prin coroana cilindrică, destul de îngustă (de

regula 4-5 m), cu ramurile de ordinul I, orizontale la început şi cu vârful aplecat la vârste mari, în timp ce ramurile de ordinele II şi III sunt ramificate tabular, aproximativ în acelaşi plan. Ramurile fiind relativ subţiri, coroana pare sărăcăcioasă la prima vedere. Acele, cenuşii-albăstrui, viguroase, relativ scurte, stau pe umeraşi cu peri glanduloşi. Coroana îngustă, rară, luminoasă, ca şi acele mici fac să fie reţinute cantităţi mult mai mici de zăpadă decât în cazul celorlalţi arbori, rezistenţa la rupturi datorită greutăţii acesteia fiind sporită. Arborii de molid de rezonanţă rezistă de asemenea mai bine la doborâturi de vânt (Constantinescu, N., 1965). Tulpina este perfect verticală, aproape cilindrică până la inserţia primelor ramuri ale coroanei, spălată complet de crăci pe o înălţime de circa 8 m, fără defecte, fără scurgeri de răşină. În majoritatea cazurilor, mai ales în tinereţe, se remarcă o uşoară tendinţă de torsiune spre stânga. Se afirmă că arborii cu torsiune spre stânga de circa 4-5% sunt foarte uşor despicabili. Sensul torsiunii se poate schimba în timp. Astfel, în mod frecvent, la molizii bătrâni este vizibilă torsiunea spre dreapta, aceasta suprapunându-se peste o torsiune spre stânga, datând din tinereţe. Rădăcina formează 3 - 5 contraforţi, pe direcţii diferite, care conferă arborelui stabilitate la acţiunea mecanică a vântului, fără a produce deformaţii trunchiului (Geambaşu, N., !995). Creşterea, aşa după cum reiese din analiza evoluţiei lăţimii inelelor anuale pe secţiunea de la înălţimea de 1,30 m faţă de nivelul solului, este în general mai înceată decât la arborii de molid obişnuit, dar, comparativ cu cazul acestora din urmă, se continuă până la vârste mai înaintate. În mod obişnuit, la acest nivel al trunchiului, la arborii de molid de rezonanţă se disting două, uneori trei zone de creştere caracteristice în ceea ce priveşte lăţimea şi uniformitatea inelelor anuale (fig. 1). În prima parte a vieţii arborilor, este de regulă evidentă o porţiune cu inele anuale late şi variate ca lăţime, ce constituie zona C. Începând aproximativ de la vârsta de 50 ani, când se admite ca arborii şi-au definitivat locul în coronamentul arboretului (Ştefănescu, P., 1964), inelele anuale devin înguste şi uniforme, alcătuind porţiunea cu lemn de rezonanţă, notată zona A. Uneori pe secţiunea transversală se intercalează şi o porţiune, notată zona B, cu aspectul inelelor anuale diferit de al celorlalte două zone. De reţinut că, pe teren s-au remarcat asemenea arbori cu inele anuale înguste chiar din dreptul măduvei, după cum s-au înregistrat si neuniformităţi ale lăţimii inelelor anuale la vârste înaintate. În general, concluzia desprinsă în urma examinării unui număr mare de arbori de molid de rezonanţă, inclusiv folosind probe de lemn extrase cu burghiul Pressler, este că aceştia nu prezintă un model unic de variaţie a lăţimii inelelor anuale pe întreaga secţiune transversală.

Fig. 1 Zone de creştere caracteristice (zona A – cu lemn de rezonanţă) delimitate în raport cu evoluţia lăţimii inelelor anuale la înălţimea de 1,30 m faţă de nivelul solului

(din Beldeanu, 1999)

Având în vedere că datorită neuniformităţii lăţimii inelelor anuale, o parte din secţiunea transversală a trunchiului este necorespunzătoare din punct de vedere calitativ, precum şi

faptul că grosimea pe rază a zonei de lemn de rezonanţă trebuie să depăşească lăţimea celor mai mici semifabricate din lemn pentru instrumente muzicale - minimum 130 mm pentru vioară (Cotta, N. L., 1983), rezultă că prevederea reglementărilor în vigoare referitoare la diametrul minim la capătul subţire, fără coajă, al pieselor de lemn rotund de molid de rezonanţă (34 cm) este cât se poate de judicioasă. În marea majoritate a cazurilor arborii de molid de rezonanţă satisfăcând condiţiile de ordin dimensional la vârste relativ înaintate, se poate totodată conchide că şi vârsta exploatabilităţii tehnice, cuprinsă după normele tehnice privind amenajarea pădurilor între 150 şi 180 ani este de asemenea judicios stabilită. De reţinut că arborii de molid de rezonanţă pot depăşi uneori 300 ani, păstrându-şi nealterată starea de sănătate şi fără a înregistra vătămări care să conducă la diminuări importante ale volumului de lemn valorificabil. Datele de ordin cantitativ privind participarea diferitelor elemente minerale în organele plantelor lemnoase oferind indicii în legătură cu starea de nutriţie, respectiv cu desfăşurarea funcţiilor fiziologice ale acestora (Parascan, D., Danciu ., 1983), substanţele în cauză având atât rol plastic cât şi rol regulator al proceselor vitale, prin determinări comparative, folosindu-se metoda diagnozei foliare, au fost puse în evidenţă unele deosebiri, sub acest aspect, între molidul de rezonanţă şi cel obişnuit. S-a stabilit (Geambaşu, N., 1995) că în cazul arborilor de molid de rezonanţă conţinutul de substanţe minerale este mai mic, rezultând astfel că starea generală de nutriţie a acestora este diferită de cea a arborilor de molid obişnuit. Azotul, care îndeplineşte un rol esenţial în procesele de creştere şi dezvoltare, se află în cantităţi mai mici în acele molidului de rezonanţă, fapt pus în legătură cu creşterea lui mai înceată şi respectiv cu inelele lui anuale mai înguste. Este de asemenea mai mic conţinutul de potasiu, care şi el se corelează cu creşterea mai lentă a arborilor de molid de rezonanţă. Se remarcă însă, totodată, la aceşti arbori, o sporire a conţinutului de calciu, element care participă în constituţia substanţelor pectice din lamela mijlocie a celulelor şi căreia i s-ar datora majorarea elasticităţii pereţilor celulari ai lemnului şi, implicit, creşterea vitezei de propagare a sunetului şi asigurarea unei bune sonorităţi. Ritidomul este subţire, de culoare brun-roşcată, cu crăpăturile dispuse în general vertical, cu solzii mici, alungiţi, subţiri, cu marginile rotunjite, puţin răsfrânte în afară. Elagarea se produce fără a lăsa urme ale crăcilor pe tulpină, în timp ce la arborii de molid obişnuiţi crăcile uscate rămân mult timp aderente, în urma lor întâlnindu-se noduri mari, evidente. Identificarea arborilor de molid de rezonanţă, în vederea exploatării, se face ţinând cont în primul rând de portul acestora, de ansamblul particularităţilor de ordin morfologic precizate. Pentru mai multă siguranţă, se recurge la metoda practicata de marii lutieri italieni, în secolele al XVI-lea şi a XVII-lea. În principiu, aceasta metodă, aplicabilă şi la brad, constă în lovirea trunchiului cu un ciocan de lemn în partea lui sudică şi ascultarea sunetului de răspuns, cu urechea lipită de arbore, în partea opusă. În cazul arborilor cu lemn de rezonanţă, sănătoşi, sunetul este înalt şi clar în timp ce la arborii cu defecte, acesta este jos şi voalat. Arborii cu putregai au sunet înfundat. Andrea Amati (1535 - 1612), căutând lemn pentru viorile sale în pădurile Alpilor de Sud, utiliza această metodă, alegând arborii sănătoşi, cu sunet deschis şi clar (Hegyesi, Z., 1962). Identificarea arborilor cu lemn de rezonanţă se poate efectua folosind şi alte elemente de diagnoză. În cazul arborilor în picioare, pe baza cercetărilor întreprinse într-o populaţie din Valea Gurghiului, Stănescu, V. şi colab. (1985) au scos în evidenţă posibilitatea diagnosticării caracterului de rezonanţă pe cale biochimică, folosind ca metoda analiza peroxidazei din acele mature. În cazul arborilor doborâţi, indicii importante oferă caracteristicile inelelor anuale. Exploatarea arborilor de molid de rezonanţă se execută numai în perioada de repaus vegetativ, pe vreme cu temperatura de 3 -5 °C, nu pe timp geros, cu strat gros de zăpadă şi chiar amenajându-se paturi de crăci cu cetină, evitându-se astfel producerea de crăpături

interne la cădere. Materialul lemnos exploatat în timpul perioadei de vegetaţie, când pereţii celulari sunt îmbibaţi cu sevă, este expus atacului ciupercilor şi insectelor xilofage şi înregistrează deprecieri sub raportul proprietăţilor acustice. Uscarea rapida provocată de timpul călduros din perioada de vegetaţie poate de asemenea conduce la apariţia crăpăturilor adânci. Piesele de lemn brut rotund au diametrul minim la capătul subţire, fără coajă, aşa după cum s-a arătat, de 34 cm, iar lungimea minima de 2,00 m, cu creşteri din 0,10 în 0,10 m.

CARACTERISTICI ALE LEMNULUI DE MOLID DE REZONANŢĂ. Având în vedere sonoritatea celebrelor viori ale marilor maeştri lutieri asigurată de materialul lemnos folosit la construcţia lor, lemnul de molid de rezonanţă, care a stat la baza creaţiilor lui Stradivarius, şi rămâne şi în prezent o materie primă de neegalat, este apreciat de către Schmidt-Vogt, H. (1981) ca fiind cel mai valoros de pe Pământ. De reţinut că vioara a apărut în plină epocă a Renaşterii, aproximativ în acelaşi timp în Italia (la Brescia şi Cremona), Germania, Polonia, Franţa. Antonio Stradivarius (1644 - 1737), care aparţine şcolii de la Cremona, reprezintă cea mai proeminentă personalitate din istoria creatorilor acestui instrument. La realizarea celebrelor sale viori, se crede că el a folosit lemn adus probabil chiar din ţara noastră, de către neguţătorii veneţieni (Hegyesi, Z„ 1962). Pentru prelucrarea în ţară a acestei materii prime, după cel de al doilea război mondial au fost construite fabricile de instrumente muzicale de la Reghin şi Bucureşti Un aport deosebit la creşterea valorii instrumentelor muzicale româneşti fabricate la Reghin l-a avut Bianu, V.V. (Ghelmeziu, N„ 1961), constructor de viori încă din anul 1905 şi documentat la Paris în arta luteriei (Hegyesi, Z. 1962), profesor la Institutul Politehnic din Bucureşti şi autor de manuale universitare de fizică, inclusiv de acustică, precum şi al unei cărţi despre vioară, publicată în anul 1957. La fabrica de la Reghin, în timp de circa 20 ani de la înfiinţare s-au produs 1 milion instrumente muzicale. Lemnul de molid de rezonanţă, aşa după cum s-a arătat, este utilizat pentru realizarea plăcilor vibratorii, de rezonanţă, din structura cutiei sonore a instrumentelor muzicale cu coarde, intensificând sunetul şi formând timbrul specific al acestora. Se precizează că din energia totală furnizată de strune, numai o mică parte, respectiv 3-5%, este radiată în aer sub formă de sunet, restul disipându-se în materialul plăcilor de rezonanţă şi în punctele de consolidare a acestora, în corpul instrumentelor (Ugolev, B.N., 1986). Limitele intervalelor de variaţie a valorilor proprietăţilor acustice şi densităţii, corespunzătoare lemnului arborilor de molid de rezonanţă din diferite ţări (România, Italia, Germania, Franţa, Austria, Polonia, Rusia, Canada), apreciate de Bucur, V. (1976) şi Cotta, N. L. (1983) drept caracteristice pentru aceasta formă a speciei, sunt consemnate în tabelul 1. Date privind proprietăţile acustice şi densitatea lemnului de molid de rezonanţă

Tabelul 1

Semnificaţia proprietăţilor fizice considerate caracteristice pentru aprecierea calităţii de rezonanţă a lemnului. În legătură cu acest aspect, în literatura ştiinţifică şi de specialitate se fac următoarele menţiuni: - Viteza de propagare longitudinală a sunetului prin lemn este în strânsă legătură cu claritatea sunetelor emise de instrumentele muzicale în care acesta este încorporat; cu cât valorile acestui parametru sunt mai mari, cu atât claritatea sunetelor este mai bună. Viteza de propagare longitudinală a sunetelor depinde de regularitatea structurii lemnului; - Radiaţia acustică semnifică emisia de unde sonore, iar frecarea internă - pierderea de energie sonoră şi radiaţia acustică şi frecarea internă au ca efect amortizarea vibraţiilor, respectiv reducerea amplitudinii undelor sonore, dar în timp ce prima caracteristică exprimă o emisie de energie în spaţiu, sub formă de unde sonore, cealaltă exprimă o pierdere de energie în lemn. Lemnul de molid cu calitate acustică bună prezintă valori mari ale radiaţiei acustice şi valori reduse ale frecării interne. Radiaţia acustică este, după unii cercetători, cea mai adecvată caracteristică pentru aprecierea calităţii lemnului de molid de rezonanţă. Importanţa acesteia este foarte expresiv evidenţiată de către Schelleng, J. (1963) (citat după Ghelmeziu, N., Beldie, I. P.), care considera că dacă ar trebui construită o vioară identica uneia date, ar fi necesar, ca între altele, lemnul de rezonanţă utilizat în acest scop să aibă o valoare a radiaţiei acustice similară aceleia a viorii model. Având însă în vedere complexitatea fenomenelor produse în lemnul supus vibraţiilor, alţi autori consideră că radiaţia acustică, singură, nu este suficientă pentru caracterizarea acestuia; - Factorul de calitate. În cazul molidului de rezonanţă, valorile reduse ale factorului de calitate {Q < 100 (105)] relevă o structură a lemnului complexă, care favorizează amortizarea oscilaţiilor, pe când valorile superioare denotă o structură simpla, uniformă, continuă, ce facilitează propagarea vibraţiilor de-a lungul elementelor anatomice; lemnul cu valori ridicate ale factorului de calitate prezintă valori mari ale vitezei de propagare longitudinală a sunetelor (Bucur, V., 1983); - Impedanţa (rezistenţa) acustică specifică exprimă lejeritatea (sprinteneala) sunetelor, având valori mici în cazul lemnului de molid de rezonanţă cu calitate acustică bună; - Densitatea, deşi nu este un parametru acustic, prezintă un interes deosebit în aprecierea calităţii de rezonanţă, ea fiind strâns legată de structura lemnului şi structura la rândul ei influenţând direct comportarea acestuia din punct de vedere sonor. În ceea ce priveşte legătura cu elementele de structură, se menţionează că densitatea este influenţată de lăţimea inelelor anuale şi de proporţia de lemnului târziu, diminuându-se la creşterea primului parametru şi majorându-se la creşterea celui de al doilea. Referitor la legătura cu proprietăţile acustice, trebuie reţinut că, în principiu, lemnului de molid de rezonanţă îi corespund însuşiri cu atât mai bune cu cât densitatea este mai mică. Astfel, odată cu descreşterea densităţii, cresc viteza de propagare longitudinala a sunetului şi radiaţia acustică, şi scade impedanţa acustică specifică. Face excepţie frecarea internă care, la diminuarea densităţii, înregistrează o uşoară creştere. Se precizează că, în cadrul unor cercetări comparative efectuate de Krzysik, F. (citat după Bucur, V., 1976), lemnul de molid de rezonanţă românesc, s-a dovedit a fi superior celui provenit din Polonia, Germania şi Rusia, lui revenindu-i printre cele mai reduse valori ale densităţii (ρ12 = 420 kg/ m3, faţă de valori mergând până la 470 kg/m3 în cazul celorlalte ţări). După Niedzielska, B. (1972) (citată după Bucur, V., 1961), în comparaţie cu lemnul de molid obişnuit, lemnul de molid de rezonanţă are, în zona de lemn târziu a inelelor anuale, o serie de caractere anatomice diferite. Astfel, la lemnul de rezonanţă, traheidele au dimensiunea pe direcţie radială cu 14% mai redusă şi aria secţiunii transversale cu 15% mai mică. Totodată, grosimea pereţilor acestora este mai mare, pereţii radiali fiind de exemplu mai

groşi cu 27%. Proporţia de participare a pereţilor celulari este, drept consecinţă, mai mare, iar trecerea de la lemnul timpuriu la lemnul târziu este foarte distinctă. Caracterele macroscopice ale lemnului devenite criterii clasice pentru recunoaşterea lemnului de molid de rezonanţă sunt: structura simplă şi fină, regularitate a inelelor anuale foarte bună, proporţie a lemnului târziu în cuprinsul inelelor anuale de numai 20-25%, absenţa totală a defectelor. Lăţimea inelelor anuale pentru vioară trebuie să fie de 1,2-2,0 mm, această mărime corespunzând unei mari regularităţi a creşterilor şi asigurând un bun aspect estetic şi suprafeţe curate la şlefuire. Pentru violoncel şi contrabas lăţimea inelelor anuale poate ajunge la 3,5 mm şi respectiv la 4-5 mm. Lemnul de molid de rezonanţă are culoarea uniformă, albă, albă-aurie şi luciul mătăsos. Prezintă fibră dreaptă şi se despica foarte uşor pe direcţie radială. Vechimea, factor de influenţă privind calitatea lemnului. Vechimea lemnului, respectiv durata de timp scursă de la doborârea arborelui din care provine acesta, este un alt factor important de care depinde calitatea instrumentelor muzicale. După Cotta, N.L. (1983), durata stocării semifabricatelor de lemn până la introducerea lor în fabricaţie depinde de felul instrumentului în care acestea sunt încorporate şi variază între 6 şi 10 ani. Ugolev, B.N. (1986) considera că lemnul înregistrează cele mai bune caracteristici acustice după o perioadă de păstrare de cel puţin 50 ani; lemnul învechit este mai rezistent la variaţiile de temperatură şi umiditate şi are o stabilitate mai mare a caracteristicilor sonore. Pentru instrumentele de foarte bună calitate, după Bucur, V. (1983), durata de păstrare poate să atingă 100 ani. În primii 3 - 10 ani, timp în care lemnul ajunge la un echilibru higroscopic perfect cu mediul înconjurător, ar avea loc stabilizarea tensiunilor interne, ca şi stabilizarea dimensională. Păstrat în continuare, lemnul ar intra într-un proces de modificare a structurii cristalografice a celulozei din alcătuirea sa, evidenţiat prin metoda difracţiei cu raze X, proces ce influenţează în mod pozitiv sonoritatea, Date interesante privind transformările care au loc în lemnul păstrat vreme îndelungată, respectiv în cel încorporat în construcţii dăinuind de secole, aduc Pişcik, I.I. şi colab. (1971). Se afirmă astfel că lemnul învechit se deosebeşte de cel proaspăt doborât după o serie de indicii exterioare. Spre exemplu, lemnul de molid vechi de 150 - 200 ani are un miros acid, iar cel cu o vechime şi mai mare are miros de vanilină. Prin învechire, culoarea se închide şi densitatea se măreşte. Instrumentele muzicale fabricate din lemn doborât de multă vreme posedă un timbru mai grav, păstrarea de lungă durată conducând la creşterea stabilităţii spectrului sonor. Cercetări întreprinse de autori asupra lemnului de molid. vechi de 50 - 700 ani, precum ăi asupra celui de paltin, vechi de 50- 100 ani, au scos în evidenţă şi alte modificări. A rezultat că în timp ce conţinutul de celuloză rămâne practic neschimbat, conţinutul de lignină şi îndeosebi cel de hemiceluloze se micşorează. Sub acţiunea îndelungată a factorilor externi, hemicelulozele, uşor hidrolizabile, trec în oligozaharide solubile în apă fierbinte. Astfel, dacă în cazul lemnului proaspăt doborât, conţinutul de substanţe extractive în apa fierbinte este foarte redus, la nivel de urme, în cazul lemnului vechi, acelaşi conţinut, la molid, se ridică la 3-9%. Extractele de lemn de molid vechi absorb o parte incomparabil mai mare a spectrului în ultraviolet şi totodată, banda de absorbţie înregistrează creşteri, ceea ce demonstrează că odată cu trecerea timpului lemnul este expus unor acţiuni fotodistructive sporite. Înalta preţuire de care se bucură şi astăzi o vioară construită de Stradivarius (în prezent, în întreaga lume se mai păstrează încă 650 instrumente ale acestuia) dovedeşte însă, că cel puţin 300 ani, datorită în parte şi lacului protector, lemnul încorporat în instrumentele muzicale îşi poate păstra neştirbite proprietăţile acustice. Instrumentele construite din lemn uscat artificial, aşa după cum semnalează cunoscutul lutier francez Vuillaume, J.B. (1798 - 1875), şi-ar pierde sonoritatea. Este demn de reţinut că, de-a lungul vremii, sonoritatea unui instrument muzical se ameliorează, ca urmare a utilizării lui (prin cântat). Faptul a fost demonstrat experimental, supunându-se în acest scop epruvete special confecţionate la încovoiere statică şi dinamică,

solicitările fiind de mică intensitate (la forţe egale cu 20% din forţa de rupere), dar de lungă durată şi simulând influenţa exercitată timp îndelungat de tensiunea corzilor asupra feţei instrumentului muzical (Bucur, V„ 1980). A rezultat că solicitările respective au consecinţe asupra structurii submicroscopice a lemnului şi conduc cu timpul la stabilizarea proprietăţilor acustice la alte valori decât cele iniţiale. La realizarea sonorităţii lemnului de molid de rezonanţă un rol important l-ar avea de asemenea unele metale prezente în pereţii celulari ai acestuia, analizele punând în evidenţă, spre exemplu, valori mai mari decât la lemnul de molid obişnuit, la zinc (de 3,4 ori), crom (de 2,2 ori), nichel (de 2,3 ori), argint, cobalt, staniu ş.a., fapt care ar asigura o viteză superioară de propagare a sunetului (Geambaşu, N., 1995).

CLASE DE CALITATE ACUSTICĂ A LEMNULUI DE MOLID DE REZONANŢĂ Având în vedere caracterul complex al însuşirii de rezonanţă, rezultat din însuşi faptul că definirea acesteia necesită luarea în considerare a mai multor proprietăţi acustice, Beldeanu, E.C. şi Pescăruş, P. (1996) introduc noţiunea de clasă de calitate acustică. În acest cercetătorii au efectuat determinări asupra a 10 arbori de molid, proveniţi din Ocoalele Silvice Moldoviţa, Tomnatic, Coşna şi Valea Gurghiului (tab.2), apreciaţi pe teren ca fiind de rezonanţă. Din fiecare arbore s-au confecţionat epruvete cu dimensiunile 500 x 20 x 20 mm, locul de provenienţă din trunchi fiind treimea inferioară a părţii elagate, respectiv zona cu lemn de rezonanţă din jumătatea nordică a secţiunii lui transversale. Epruvetele au fost supuse la vibraţii longitudinale, cu frecvenţa în domeniul de audibilitate (16 - 20000 Hz). Valorile medii rezultate (tab. 2) sunt însoţite de intervalele de încredere, calculate cu ajutorul testului t Student pentru o probabilitate de 0,95.

Tabelul 2

Aşa după cum se constată din rezultatele obţinute, fiecare dintre arborii analizaţi are particularităţi distincte, neexistând doua exemplare cu aceleaşi însuşiri acustice. La comparaţia cu datele din literatura de specialitate referitoare la caracteristicile proprii arborilor de molid de rezonanţă precizate în tabelul 3, se observă de asemenea că unele exemplare satisfac din punct de vedere acustic sub raportul tuturor proprietăţilor luate în considerare, în timp ce altele satisfac numai în cazul anumitor proprietăţi. Reiese de aici că nu se poate vorbi despre o clasă unică de calitate a lemnului arborilor cercetaţi. Dimpotrivă rezultatele obţinute atestă că însuşirea de rezonanţă prezintă trepte de manifestare de niveluri diferite, fapt care în ultima instanţă explică diferenţele de ordin calitativ mai mari sau mai mici dintre instrumentele muzicale în care lemnul este încorporat, diferenţe uneori perceptibile doar de către specialişti în domeniu bine avizaţi. Cercetătorii propun diferenţierea arborilor cu lemn de rezonanţă în următoarele clase: - Clasa R1 - arbori cu lemn de rezonanţă de calitate acustică foarte bună; - Clasa R2 - arbori cu lemn de rezonanţă de calitate acustică bună; - Clasa R3 - arbori cu lemn de rezonanţă de calitate satisfăcătoare; - Clasa O - arbori cu lemn obişnuit lipsit de calitate acustică. Ordinea în care proprietăţile cercetate sunt luate în considerare la stabilirea claselor de calitate acustică este următoarea: viteza de propagare longitudinală a sunetului; radiaţia acustică; frecarea internă; impedanţa (rezistenţa) acustică specifică. Primele două proprietăţi se consideră a avea un grad de semnificaţie superior celorlalte. La încadrarea în diferitele clase de calitate acustică s-au luat în considerare grupele de valori foarte bune, bune şi necorespunzătoare ale proprietăţilor studiate (tab.4). estimate în

funcţie de datele caracteristice arborilor de molid cu lemn de rezonanţă. Limita inferioară pentru frecarea internă a fost stabilită în raport de cele mai mici valori determinate în cadrul cercetărilor întreprinse, ea fiind specificată pentru prima dată în literatura de specialitate.

Repartiţia pe clase de calitate acustică a arborilor care au făcut obiectul cercetărilor este redată m tabelul 5, din care se desprinde concluzia conform căreia calitatea acustică a lemnului de molid de rezonanţă nu este influenţată de locul de recoltare a arborilor şi clasificării calitative a arborilor pe picior.

LEMNUL DE PALTIN Denumirea de lemn de paltin, în domeniul construcţiei instrumentelor muzicale, priveşte în primul rând lemnul de paltin de munte (Acer pseudoplatanus L.), dar şi lemnul de paltin de câmp (Acer platanoides L.) şi de jugastru (Acer campestre L.), paltinul de câmp fiind utilizat pe scară mai redusă, iar jugastrul în mod cu totul excepţional (Beldeanu, 1999). Caracteristicile generale ale lemnului. În cazul paltinului de munte, lemnul are culoarea albă sidefie, uneori alb-roşiatică, este potrivit de greu, tare. Prezintă raze foarte numeroase şi lucioase, cu înălţimea până la 1,5 mm. Se prelucrează uşor, fără a se scămoşa sau aşchia. Prezintă o stabilitate dimensională foarte bună şi crapă puţin. Omogenitatea sa deosebită permite obţinerea unor suprafeţe plane, cu luciu remarcabil uşor de colorat şi finisat. Paltinul de câmp, spre deosebire de cel de munte, are lemnul alb-gălbui, până la galben-brun, cu oglinzi roşiatice, joase, până la 0,5 mm înălţime. Jugastrul, cu lemnul gălbui-roşiatic, uneori brun deschis, are oglinzi roşu deschis, la fel de joase ca la paltinul de câmp. Datorită, printre altele fibrelor sale mai lungi, lemnul de jugastru interesează mai puţin în construcţia instrumentelor muzicale. Lemnul de paltin cu fibra ondulată (de paltin creţ), cunoscut în luterie de câteva secole şi foarte mult apreciat pentru aspectul său estetic, este produs îndeosebi de paltinul de munte. Este însă specific şi paltinului de câmp şi, uneori şi jugastrului (Arbogast, M., 1992, a).. Precizări importante privind aspectul lemnului cu fibra ondulată, elementele de recunoaştere a arborilor având acest lemn, ca şi cauzele apariţiei acestei anomalii, cu referire

mai cu seamă la paltinul de munte, sunt amplu scoase în evidenţă de Arbogast, M. (1992,a). Ondulaţiile, rezultate ca urmare a dispunerii anormale a fibrelor în lemn, sunt vizibile sub forma unor benzi strălucitoare, ce alternează cu benzi mate, paralele între ele. Lăţimea benzilor, constantă la unul şi acelaşi arbore, variază de la un exemplar la altul, măsurând de la câţiva milimetri până la mai mult de 1 cm. În general, au lăţime mică a benzilor arborii cu inele anuale înguste şi invers, arborii cu inele anuale late au benzi de lăţime mai mare. Când creşterile anuale sunt reduse, benzile sunt foarte mici, putând chiar să dispară, pierzându-se astfel desenul caracteristic. De reţinut ca Leonhardt, K, şi Milancovič, B. (citaţi de Bucur, V., 1976) disting la paltinul creţ mai multe categorii de desene: fibre ondulate înguste, fibre ondulate late, fibre ondulate dispuse în flăcări late, fibre ondulate dispuse în flăcări înguste. Exemplarele având lemnul în totalitate ondulat sunt extrem de rare, în mod obişnuit dispunerea anormală a fibrelor afectând doar o parte a volumului acestora. În cazul arborilor în picioare, prezenţa fibrei ondulate nu poate fi anticipată cu certitudine, cu atât mai mult gradul de răspândire a acesteia în cuprinsul lor, sau caracterul ondulaţiilor. De regulă, fibra ondulată apare între colet şi baza primei ramuri groase, mai des până la înălţimea de 50-60 cm faţă de nivelul solului. Ca semn al prezenţei acesteia, arborii pot avea coaja cutată, pliurile, de 4-5 mm înălţime, mai mult sau mai puţin pronunţate, mergând pe întreaga circumferinţă sau numai pe o parte a ei. Cute asemănătoare, dar ceva mai fine, pot fi remarcate şi mai sus, la nivelul nodurilor, ramificaţiilor, curburilor, altor defecte, ele relevând posibilitatea existenţei în dreptul lor a fibrei ondulate. Cutele sunt mai frecvent întâlnite pe părţile nordice şi nord - vestice ale trunchiului. Dacă arborii urmează a fi doborâţi, pentru mai multă exactitate rezultatele acestor observaţii se pot verifica, îndepărtând bucăţi mici de coajă, de exemplu de 3 x 5 cm şi examinând direct suprafaţa lemnului. Expresivitatea desenului poate fi sporită, ungând lemnul cu particule fine de pământ sau lăsându-l să se decoloreze timp de 1-2 săptămâni sub acţiunea razelor solare. La arborii doborâţi, existenţa fibrei ondulate poate fi depistată examinând tapa, suprafaţa cioatei în partea opusă tapei, sau secţiunea de bază a trunchiului. În aceiaşi scop se pot face de asemenea observaţii asupra lemnului, îndepărtând coaja în diferite puncte ale trunchiului. Cauzele formării fibrei ondulate, nu au fost pe deplin elucidate până în prezent. În lumea lutierilor predomină părerea că paltinul de munte cu fibra ondulată ar creşte pe soluri sărace, la altitudini mai ridicate, în general în condiţii climatice dificile, dar cunoştinţele actuale nu permit să se facă o astfel de legătură între prezenţa acestei anomalii şi un anumit gen de staţiuni. Alţi autori iau în considerare cauze de ordin mecanic, cum ar fi greutatea arborilor, forţa de compresiune care apare în zonele comprimate prin încovoiere, în porţiunile prezentând curbură sau în partea opusa vântului. Nu este omisă totodată influenţa factorilor ereditari. Pentru a se stabili cu exactitate cauzele care stau la baza apariţiei fibrei ondulate, au fost demarate cercetări speciale. Au fost de asemenea iniţiate măsuri de multiplicare vegetativa a paltinului creţ (Verger, M,, Cornu, D., 1992). Răspândirea paltinului. Cele mai apreciate zone din ţara noastră pentru lemnul de paltin fumizat sunt Maramureşul şi Nordul Moldovei. Fibra ondulată se întâlneşte la un număr de arbori redus, uneori putând trece neobservată. În Franţa, după Arbogast, M. (1992,a), volumul de lemn de paltin cu fibra ondulată s-ar cifra la 2-3% din volumul total aferent speciei, existând şi zone unde proporţia s-ar ridica la 5-6%. Raportat la numărul total de arbori, exemplarele cu fibra ondulată nu ar depăşi proporţia de 3 %. Exploatarea şi prelucrarea lemnului de paltin destinat construcţiei instrumentelor muzicale. Exploatarea se efectuează în timpul perioadei de repaus vegetativ, până în luna aprilie (conform unor tradiţii, pe lună plină sau în descreştere Arbogast, M., 1992). Diametrul minim, la capătul subţire, fără coaja, al lemnului brut rotund de paltin trebuie să fie 36 cm. Pentru debitarea pieselor de violoncel şi de contrabas se cer diametre de la 90 cm în sus. Lemnul trebuie sa fie perfect sănătos şi lipsit de orice fel de defect. Pentru evitarea oricărui

neajuns (apariţia crăpăturilor, a coloraţiilor anormale etc.), acesta trebuie introdus cât mai grabnic în fabricaţie (din cauza căldurii, poate căpăta pete închise la culoare). În cazul fabricaţiei pe cale industrială a instrumentelor muzicale, semifabricatele se pot usca pe cale artificială. Operaţia durează timp de 1,5-2 luni şi se efectuează cu multă prudenţă. În procesul de fabricaţie tradiţională, când se urmăreşte o calitate a instrumentelor deosebită, cerută de profesionişti, se preferă uscarea pe cale naturală, care necesită 5 - 7 ani. Lemnul de paltin creţ se prelucrează mai anevoie decât cel de paltin obişnuit. Se menţionează că la realizarea instrumentelor muzicale cu corzi şi arcuş, şi cu corzi pentru ciupit, din lemn de paltin se execută fundul, eclisele, gâtui, scaunul (sau căluşul, piesa care serveşte la sprijinirea corzilor). După Cotta, N.L. (1983). la realizarea de instrumente muzicale folosind lemn de paltin creţ, se preferă lemnul cu ondulaţii nu prea dese şi puţin adânci (de 6-8 mm). În concepţia lui Arbogast, M. (1992), ondulaţiile dau însă un relief cu atât mai bun şi un aspect estetic cu atât mai relict cu cât sunt mai regulate, mai expresive şi mai largi, cele mai căutate fiind cele cu lăţimea de 12-15 mm. Trebuie totodată arătat că, obişnuit, la instrumentele de dimensiuni mici se foloseşte lemn cu ondulaţii fine, în timp ce la instrumentele de dimensiuni mari se foloseşte lemn cu ondulaţii largi. Este de asemenea important ca lemnul de paltin încorporat într-un instrument muzical să prezinte aceleaşi caracteristici ale ondulaţiilor, pentru ca toate părţile în componenţa cărora intră să se armonizeze pe deplin din punct de vedere estetic. Nu se admite ca alături de lemn de paltin creţ să se folosească într-un instrument şi lemn de paltin obişnuit. Lemnul de paltin la al cărui aspect decorativ pe lângă fibra ondulată contribuie şi oglinzile este apreciat pentru confecţionarea scaunului. Comparativ cu lemnul aparţinând altor specii, lemnul de paltin deţine ponderea cea mai mare în alcătuirea unui instrument muzical. Consumul de lemn în stare uscată (aflat la umiditatea corespunzătoare produsului) se cifrează la 230 g pentru o vioară, 1450 g pentru un violoncel şi 5000 g pentru un contrabas. Totodată, pierderile de lemn de paltin la realizarea componentelor unui instrument muzical se ridică la 90 % din cantitatea, în stare uscată, luată în lucru (Arbogast. M., 1992). Proprietăţi fizico-acustice ale lemnului de paltin obişnuit fi de paltin creţ. Datele privind proprietăţile fizico-acustice ale lemnului de paltin obişnuit şi de paltin creţ, redate în tabelul 6, conduc la câteva constatări importante în legătură cu utilizarea acestuia în construcţia instrumentelor muzicale. Se remarcă astfel ca, în comparaţie cu lemnul de molid, lemnului de paltin îi corespund valori mai mici ale vitezei de propagare longitudinală a sunetului cL, radiaţiei acustice K şi factorului de calitate Q, în timp ce densităţii îi corespunde o valoare superioară. În virtutea acestor valori, reiese că utilizarea lemnului de paltin pentru spatele instrumentelor este pe deplin justificată, el intervenind aici în amortizarea vibraţiilor, respectiv în stingerea sunetelor, spre deosebire de lemnul de molid, cu valori mari ale proprietăţilor acustice specificate şi cu o valoare mai mică a densităţii, care, încorporat în faţa instrumentelor, trebuie, dimpotrivă, să răspundă necesităţii nu de a stinge sunetele ci de a le transmite.

Din datele înscrise în tabelul 6 rezultă de asemenea că, la cele două forme de paltin, obişnuit - debitat tangenţial şi creţ - debitat radial, factorul de calitate are valori asemănătoare,

ceea ce înseamnă că, din punct de vedere al însuşirilor acustice, acestea se situează pe picior de egalitate. Se desprinde de aici concluzia că alegerea cu precădere a lemnului de paltin creţ, - debitat radial, pentru confecţionarea instrumentelor muzicale, se datorează doar aspectului sau decorativ, dat de desenul frumos al fibrelor ondulate şi razelor late şi lucioase. De reţinut că din punct de vedere strict acustic,.lemnul de paltin cu fibră ondulată nu se ridică deasupra aceluia de paltin obişnuit (Bucur, V., 1976). Aspectul decorativ, mult apreciat, face însă din lemnul de paltin cu fibră ondulată o materie primă extrem de valoroasă şi foarte căutată pentru realizarea instrumentelor de maestru. La paltinul creţ, viteza de propagare longitudinală a sunetului este numai de circa două, ori mai mare decât cea de propagare pe direcţie transversală, fapt care s-ar datora structurii fibroase destul de uniforme a lemnului (Milancovič, B., 1956, citat de Bucur, V.) Ca şi în cazul lemnului de molid, solicitările la încovoiere statică şi dinamică, de intensitate slabă şi lungă durată, simulând utilizarea în timp a instrumentului muzical, produc modificări ale unor proprietăţi acustice, cu consecinţe favorabile, datorită modificărilor în structura intimă a lemnului (Bucur, V., 1980).

PROPRIETĂŢI GENERATE SUB ACŢIUNEA RADIAŢIILOR Prin radiaţie se înţelege procesul de emisie şi transmitere în spaţiu a energiei sub formă de unde şi particule. Radiaţiile sub formă de unde sunt radiaţiile electromagnetice sau fotonice. Din rândul acestora interesează microundele, radiaţiile infraroşu, radiaţiile vizibile, radiaţiile ultraviolete, radiaţiile X şi radiaţiile gama. Ele au viteza egală cu viteza luminii c şi lungimea de undă λ, variabilă. Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât frecvenţa (ν = λ

c )este mai mare. Energia acestor radiaţii este direct proporţională cu frecvenţa. Dintre radiaţiile corpusculare se menţionează radiaţiile alfa şi beta, care sunt produse prin dezintegrarea substanţelor radioactive. De reţinut că prin revenirea la starea iniţială a nucleelor excitate datorită dezintegrării alfa şi beta, în cadrul acestui proces rezultă de asemenea radiaţii gama şi X. Există şi alte radiaţii corpusculare, ca de exemplu radiaţiile neutronice. Neutronii sunt emişi din:nucleele atomice în cazul unei reacţii nucleare şi mai ales prin fisiunea nucleelor uraniului şi plutoniului. Alte surse ale radiaţiilor corpusculare sunt acceleratoarele de particule elementare, precum şi preparatele care conţin amestecuri de substanţe radioactive cu substanţe care eliberează neutroni. Radiaţiile corpusculare au viteză variabilă, dar întotdeauna inferioară luminii. Radiaţiile electromagnetice au nu numai natură ondulatorie ci şi corpusculară, ele fiind emise sub formă de cuante de energie, iar radiaţiile corpusculare la rândul lor au şi proprietăţi ondulatorii, faptul, confirmat experimental, stând la baza conceptului cunoscut al dualităţii undă-corpuscul. Radiaţiile electromagnetice X şi gama, precum şi radiaţiile nucleare corpusculare sunt ionizante, direct sau indirect, datorită capacităţii lor de a provoca apariţia de ioni în mediul absorbant şi de a determina stări de excitaţie a moleculelor (stări legate de mutarea electronilor pe învelişurile atomilor). În urma ionizării şi excitării au loc modificări chimice ale substanţelor care au absorbit radiaţiile ionizante. Comparativ cu energia mică a unor radiaţii sub forma de unde (1,7-3,1 eV în cazul radiaţiilor din spectrul vizibil), radiaţiile ionizante au energii foarte mari, ajungând la mii de MeV (1 MeV = 106 eV = 1,6 * 10 -13 J). Conform legilor generale ale radiaţiilor electromagnetice, un corp poate să reflecte, să absoarbă sau să transmită energia radiantă. Trecând prin materialul lemnos, cuanta de energie a radiaţiilor electromagnetice şi respectiv particulele în cazul radiaţiilor corpusculare îşi consumă treptat energia.

Atenuarea intensităţii la trecerea prin materialul lemnos, în cazul radiaţiilor ionizante este dată de o lege exponenţială de forma: I = I0 * e-μx (1) în relaţia (1) I0 este intensitatea fasciculului de radiaţii la intrarea în masa lemnului, I - intensitatea fasciculului la distanta x în cuprinsul acestuia, iar μ - coeficientul de atenuare liniară. Diferenţele privind atenuarea radiaţiilor, produse ca urmare a prezenţei în masa lemnului a unor discontinuităţi, pot sta la baza metodei de examinare nedistructivă, urmărind depistarea defectelor interne (defectoscopia lemnului). În cele ce urmează se prezintă o serie de date privind proprietăţile lemnului generate ca urmare a acţiunii asupra acestuia a microundelor, radiaţiilor infraroşii, vizibile, ultraviolete, X, alfa, beta, gama şi neutronice, semnalate în literatura ştiinţifică de specialitate (Catrina, I., Gheorghe, M. 1965; Forest Products Laboratory, 1974 şi 1987; Martin, P., Collet, R„ 1982; Bendaikha,T., Decker, C., Fouassier, J.P., 1982; L e N e s t, J. F., Silvy, J., Gandini, A.„ 1982; Ugolev, B.N„ 1986).

RADIAŢII DE MICĂ ENERGIE Microundele sunt radiaţii electromagnetice cu lungimea de undă variind între 100 şi 0,1 cm. Frecvenţa lor este cuprinsă între 300 MHz şi 300 GHz. Viteza cu care se deplasează, pe de o parte şi atenuarea intensităţii lor, pe de altă parte, depind de mediul în care se propagă. Din experienţe efectuate cu microunde având lungimea de undă 3 cm şi frecvenţa 10 GHz. a rezultat că acestea pot fi utilizate pentru determinarea unor caracteristici ale lemnului, cum sunt umiditatea, densitatea, orientarea fibrelor, ca şi pentru punerea în evidenţă a defectelor interne. Comparativ cu alte metode de investigaţie (radiaţii X, radiaţii γ, ultrasunete), folosirea microundelor prezintă o serie de avantaje. Permiţând măsurarea mai multor variabile la propagarea lor prin lemn, ele fac posibilă diferenţierea defectelor interne ale acestuia. Detecţia defectelor, neimplicând un contact direct cu materialul analizat, se poate automatiza, este relativ puţin costisitoare şi nu pune în pericol sănătatea utilizatorului. Radiaţiile infraroşii sunt radiaţii electromagnetice cu lungimea de undă cuprinsă între 100 μm şi 0,76 μm (1 μm = 10 -6 m). Ele se remarcă printr-un efect caloric pronunţat. Cercetările întreprinse în legătură cu influenţa radiaţiilor infraroşii asupra proprietăţilor lemnului au permis împărţirea acestora în trei categorii, în raport cu zona din intervalul de lungimi de undă ce revine fiecăreia şi anume: radiaţii infraroşii lungi (λ = 100 -50 μm), radiaţii infraroşii medii (λ = 50-2,5 μm şi radiaţii infraroşii scurte (λ = 2,5 - 0,76 μm). Această împărţire este în legătură şi cu tipurile de detectoare de radiaţii infraroşii utilizate în practică. În mod obişnuit, orice corp cald simite radiaţii infraroşii. O sursă de astfel de radiaţii, curent folosită, cu emisie în domeniu! spectral infraroşu până la 25 μm, este filamentul Nernst cu oxid de zirconiu şi ytriu. Pentru lungimi de undă mai mari e folosit arcul electric cu vapori de mercur, în balon de cuarţ, sub o presiune de 10-20 MPa. Capacitatea maxima de reflexie a lemnului (coeficient de reflexie 0,8) se înregistrează în cazul radiaţiilor infraroşii scurte, mai exact când acestea au lungimea de undă X = 1-1,1 μm. Pentru radiaţiile infraroşii lungi, capacitatea de reflexie este foarte mică (valoarea coeficientului de reflexie este 0,1 - 1,15). În zona radiaţiilor infraroşii scurte (X == 1,93 μm), coeficientul de reflexie pentru apă este de câteva zeci de ori mai mic decât pentru lemn, fapt pentru care, odată cu creşterea umidităţii acestui material, capacitatea sa de reflexie se micşorează. În baza acestei legităţi, este posibilă măsurarea umidităţii straturilor superficiale ale lemnului masiv, folosind metoda spectrometrică. Metoda este aplicabilă în procesul tehnologic de fabricaţie a plăcilor din aşchii de lemn, la determinarea continuă, de la distanţă a umidităţi aşchiilor.

O proporţie importantă a energiei radiaţiilor infraroşii este absorbită de straturile superficiale ale lemnului, până la 3-4 mm adâncime, capacitatea cea mai mare de absorbţie a acestuia remarcându-se în zona radiaţiilor lungi. Astfel, la valori ale lungimii de undă λ = 8 - 15 μm, coeficientul de absorbţie se ridică la 0,7-0,9. Absorbţia radiaţiilor infraroşii conducând la încălzirea lemnului, radiaţiile respective pot fi utilizate la uscarea sortimentelor subţiri (furnir, aşchii etc.). Cu ajutorul aceloraşi radiaţii, lemnul poate fi încălzit în vederea executării operaţiei de încleiere sau poate fi sterilizat. Se pot de asemenea usca peliculele de lac aplicate la finisarea produselor din lemn, în acest mod asigurându-se o viteză sporită de uscare, ca şi o calitate bună a peliculelor realizate. Capacitatea de transmisie este maximă în cazul radiaţiilor infraroşii scurte (λ = 1- 1,1 μm), în timp ce în cazul radiaţiilor infraroşii lungi (λ = 5- 6,5 μm) este extrem de mică. La creşterea densităţii lemnului, capacitatea de transmisie se micşorează. Totodată. capacitatea de transmisie este mai ridicată când radiaţiile pătrund prin suprafaţa radială, comparativ cu cazul pătrunderii lor prin suprafaţa tangenţială şi creşte odată cu sporirea umidităţii lemnului. Radiaţiile luminoase (vizibile) au lungimea de undă cuprinsa între 760 nm şi 400 nm (1 nm = 10 -9m), limitându-se cu domeniile infraroşu şi ultraviolet, şi au proprietatea de a impresiona retina ochiului omenesc. În componenţa spectrului vizibil există şapte domenii de culoare, bine diferenţiate şi care corespund anumitor lungimi de undă, respectiv culorile roşu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo şi violet. Radiaţiile luminoase pot fi utilizate la depistarea defectelor ascunse ale lemnului prezentând avantajul că pătrund prin lemn cu mai multă uşurinţă decât radiaţiile infraroşii şi nu sunt nocive pentru om. Plăcile de placaj cu grosimea până la 3 mm se pot examina deplasându-le pe mese de lucru prevăzute cu deschideri având o sursă de iluminat puternică, ce permite punerea în evidenţă a fisurilor interioare, eventualelor rosturi, defectelor de încleiere, nodurilor. Se semnalează de asemenea posibilitatea ca, folosind aparate de mare sensibilitate, să se detecteze radiaţii luminoase transmise prin piese de lemn de plop tremurător, pin silvestru, molid, cu până la 35 mm grosime, sau din lemn de mesteacăn cu grosimea până la 15 mm. Măsurând intensitatea fluxului luminos reflectat se pot face precizări privind specia lemnoasă, calitatea suprafeţelor şi natura cauzelor cărora li se datorează modificările cromatice. Numeroase cercetări au fost întreprinse în legătură cu influenţa asupra materialelor lignocelulozice a radiaţiilor luminoase şi ultraviolete acţionând simultan. Rezultatele, uneori contradictorii, datorită în parte deosebirilor de la un autor la altul în ceea ce priveşte felul materialului analizat şi condiţiile experimentale (natura radiaţiilor, temperatura probelor ş.a.), scot în evidenţă acţiunea complexă a radiaţiilor A fost remarcată în unele cazuri îngălbenirea probelor, alte ori decolorarea lor. Îngălbenirea s-a dovedit a fi o degradare fotochimică de suprafaţă, în care un rol important îl joacă lignina. Albirea s-a pus în evidenţă în anumite condiţii de lungimea de undă şi de reflexie a radiaţiilor incidente. Investigaţii asupra efectului produs de către radiaţiile monocromatice, în zona radiaţiilor luminoase şi ultraviolete (domeniul spectral 360 – 600 nm), au demonstrat că materialele lignocelulozice suferă un proces de albire, asemănător expunerii lor la o iradiere complexă, cu radiaţii de tipul luminii zilei. În cazul celulozei pure, s-au semnalat două domenii de activitate fotochimică şi anume, domeniul radiaţiilor cu lungimi de undă mai mici de 300 nm, producând o îngălbenire a acesteia, respectiv o pierdere din masa ei totală, şi domeniul radiaţiilor cu lungimi de undă mai mari de 300 nm, ce conduc la albire. Demnă de menţionat, ca o aplicaţie în industria lemnului a radiaţiilor luminoase, este utilizarea laserului, un generator cuantic de radiaţii, care produce fascicule de lumină monocromatică foarte înguste şi de strictă directivitate, cu o mare concentrare de energie

luminoasă. În urma cercetărilor întreprinse a rezultat ca laserul cu gaz (CO2) poate fi utilizat la tăierea lemnului, ca urmare a transformării energiei electromagnetice în căldură. Una din aplicaţii ar putea fi la executarea operaţiilor de croire artistică. Lăţimea tăieturii realizate cu ajutorul laserului depinde de puterea lui radiantă. Spre exemplu. la probe din lemn de molid cu grosimea de 25 mm, aceasta a măsurat 0,75 mm la o putere radiantă de 150 W şi 0,9 mm la o putere radiantă de 340 W. în dreptul tăieturii are loc carbonizarea sau înnegrirea zonelor de suprafaţă a materialului lemnos. Radiaţiile ultraviolete sunt radiaţii electromagnetice cu lungimi de undă având valori cuprinse între 400 şi 3 nm. Ele constituie o componentă a spectrului radiaţiei solare. Sursele de radiaţii ultraviolete de origine termică (lămpi cu incandescenţă, lămpi cu arc) prezintă inconvenientul că emit şi o mare cantitate de lumină vizibilă, având un randament redus. Rezultate mai bune dau lămpile cu descărcare în gaze sau vapori (îndeosebi de mercur), care nu necesită decât o ridicare moderată a temperaturii. Sub influenţa radiaţiilor ultraviolete, lemnul prezintă proprietatea de fluorescenţă (fenomen de fotoluminescenţă, respectiv de emisie de lumină, la temperatura obişnuită, datorită excitării atomilor şi moleculelor lui, emisie care durează un timp foarte scurt, de ordinul a 10 -9 s, după încetarea acţiunii radiaţiei excitatoare). Rezultate deosebit de interesante au fost obţinute în legătură cu această proprietate, expunând lemnul, îndeosebi cu secţiunea radială, la acţiunea unui fascicul de radiaţii ultraviolete, cu lungimea de undă de 300 - 400 nm, fascicul separat cu ajutorul unui filtru din fluxul total de astfel de radiaţii emise de o lampă cu vapori de mercur în balon de cuarţ. S-a constatat că la circa 90 % din 150 specii cercetate, lemnul manifestă această proprietate. În cazul celor mai multe dintre ele, respectiv la circa 40 % din speciile studiate, lemnul are culoarea violetă. Lemnul altor specii are culoarea albastră sau bleu (25 %), violetă închis (15 %), galbenă, verde - gălbuie. După rezultatele altor cercetări, culoarea luminii, ca şi intensitatea fluorescenţei sunt de asemenea influenţate de umiditatea şi temperatura lemnului de starea de sănătate a lui de calitatea prelucrării suprafeţelor etc. Radiaţiile ultraviolete de mare intensitate sunt utilizate la polimerizarea fotochimică a răşinilor acrilice, folosite, în combinaţie cu alţi compuşi, ca lacuri (vernisuri) pentru lemn. Pe aceasta cale se obţin pelicule cu excelente proprietăţi mecanice şi optice, rezistente la îmbătrânirea în atmosferă şi la acţiunea agenţilor chimici. Uscarea peliculei se realizează cvasiinstantaneu, cu consum redus de energie (la temperatura obişnuită) şi este nepoluant, nefiind însoţit de emisie de solvent. Finisarea produselor din lemn, folosind lacuri pe bază de răşini acrilice polimerizate cu ajutorul radiaţiilor ultraviolete, permite creşterea productivităţii în raport cu finisarea cu pelicule ce se usucă în tuneluri termice. În plus procesul poate fi controlat şi reglat cu uşurinţă.

RADIAŢII DE ÎNALTĂ ENERGIE Radiaţiile X (Röntgen) cuprind zona cu lungimi de undă a radiaţiilor electromagnetice măsurând între circa 5 nm şi I pm (1 pm = 10 - 12m). Sursele de radiaţii X sunt de regulă sub formă de tuburi de descărcare electrică în gaze rarefiate sau în vid. Radiaţiile X au o mare putere de pătrundere şi pot fi puse în evidenţă în mai multe moduri: cu ajutorul unui ecran prevăzut cu un strat de material care la trecerea lor devine fluorescent (röntgenoscopie), prin înregistrare fotografică (röntgenografie), sau folosind o cameră de ionizare. La propagarea într-o anumită substanţă, radiaţiile X suferă o atenuare, datorită atât împrăştierii, cât şi absorbţiei. Examinând lemnul cu ajutorul radiaţiilor X se pot obţine imagini care surprind neomogenitatea structurii interne a acestuia. Pot forma obiectul observaţiilor sortimentele de

lemn brut rotund mergând până la diametrul de 40-50 cm, ca şi trunchiul arborilor în picioare, dacă se dispune de o instalaţie generatoare de radiaţii X mobilă. Se pot pune în evidenţă defecte interne, ca noduri, galerii de insecte, crăpături, putregai, incluziuni metalice. Creşterea umidităţii lemnului conduce la scăderea permeabilităţii lui la radiaţiile X. Acest lucru poate fi folosit la studierea distribuţiei umidităţii în cuprinsul diferitelor sortimente, precum şi la cunoaşterea dinamicii procesului de uscare în industrie. De metodele utilizând radiaţiile X beneficiază de asemenea cercetările privind structura fină a pereţilor celulari. Totodată, aşa după cum s-a arătat anterior, absorbţia diferenţiată a radiaţiilor X în funcţie de variaţia structurii şi densităţii lemnului, face posibilă una din aplicaţiile deosebit de importante ale acestora, respectiv utilizarea lor la studierea unor caracteristici de detaliu ale probelor de creştere extrase cu burghiul Pressler, folosind metoda densitometrică. Radiaţiile gama (γ) sunt radiaţii electromagnetice cu lungimea de undă variind între100 şi 0,1 pm. Ele sunt emise de nucleele atomice la trecerea lor dintr-o stare energetică superioară la alta inferioară, la frânarea într-o substanţă a particulelor încărcate rapide, la dezintegrarea unor particule ori a unor nuclee radioactive etc. Lemnul prezintă o bună permeabilitate la radiaţiile gama. Cercetări efectuate pe lemn de pin, molid, stejar, fag, .mesteacăn., folosind o sursă de cobalt-60, au condus la concluzia că, îndeosebi la stejar, radiaţiile gama se transmit mai uşor în lungul fibrelor decât pe celelalte direcţii structurale. S-a stabilit de asemenea, la fag, că odată cu creşterea densităţii lemnului, are loc o creştere liniară a cantităţii de energie absorbită. În cazul creşterii umidităţii, cantitatea de energie absorbită din energia incidentă a radiaţiilor gama se majorează după o curbă de forma parabolei de gradul doi. Radiaţiile gama pot fi utilizate pentru determinarea umidităţii şi densităţii lemnului, ca şi la măsurarea de la distanţă, în flux continuu, a dimensiunilor pieselor din acest material. Perspective largi de aplicare există în domeniul defectoscopiei lemnului. În depistarea putregaiului interior, rezultate bune s-au obţinut cu radiaţii gama având ca sursă tuliul-170. Dozele mari de radiaţii gama produc distrugerea efectiva a lemnului. Radiaţiile alfa şi beta. Permeabilitatea la radiaţii alfa a lemnului este foarte redusă, în timp ce la radiaţiile beta. este ceva mai bună. În ambele cazuri însă, aceasta are o valoare mult inferioară celei corespunzătoare radiaţiilor gamma. Folosindu-se ca surse izotopii stronţiu-90 şi ruteniu-106, s-a constatat că, în general, permeabilitatea la radiaţiile beta scade odată cu creşterea densităţii (mesteacănul şi stejarul fac excepţie de la aceasta regulă, la primul, cu un lemn mai uşor, permeabilitatea fiind totuşi mai bună decât la cel de al doilea). Majorarea umidităţii, ca şi a grosimii pieselor de lemn, conduce la creşterea coeficientului de absorbţie a radiaţiilor beta. Radiaţiile neutronice prezintă un interes deosebit prin faptul că atât în compoziţia lemnului, cât şi în compoziţia apei pe care acesta o conţine, se întâlneşte hidrogenul, element care face ca neutronii să-şi piardă foarte repede din energia înaltă conţinută. Neutronii cu energie joasă care apar în acest fel reflectând conţinutul de hidrogen al probelor analizate, determinarea lor cantitativă poate constitui o metodă de determinare a umidităţii lemnului. Sub acţiunea neutronilor are loc formarea de izotopi radioactivi ai elementelor chimice din lemn. Izotopii respectivi pot fi identificaţi după tipul, energia şi timpul de înjumătăţire ale radiaţiilor lor, în cazul fiecăruia activitatea specifică reflectând cantitatea de izotopi existentă. Procesul, denumit activare neutronică, a permis elaborarea unei metode de analiză nedistructivă, foarte sensibilă. Ca şi radiaţiile gama, radiaţiile ionizante produse de neutroni conduc în doze mari, la o puternică înrăutăţire a calităţii lemnului.